Atlante del cemento

Grande Atlante di Architettura //Grande Atlante di Architettura si presenta come una completa enciclopedia delle costru...

Author: Friedbert Kind-Barkauskas ... et al. ; traduzione di Lydia Kessel .

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Grande Atlante di Architettura //Grande Atlante di Architettura si presenta come una completa enciclopedia delle costruzioni, divisa in volumi tematici. Ogni volume tratta in modo esauriente uno specifico tipo edilizio, o una parte dell'edificio. Gli argomenti sono sviluppati in ogni aspetto: teoria costruttiva, suggerimenti compositivi, benessere climatico e ambientale, cenni storici, esempi di realizzazioni. Di grande utilità pratica sono i numerosissimi particolari, disegnati in scala con ricchezza di dettagli. La trattazione è impostata seguendo le procedure della normativa tecnica tedesca. Poiché le norme DIN, pubblicate dal Deutschen Institut fur Normung, sono considerate per precisione e sicurezza le migliori del mondo, e vengono utilizzate con profitto anche all'estero, si è ritenuto opportuno non discostarsi dall'impostazione originaria. Un'appendice al termine di ogni volume elenca le corrispondenti norme italiane. Realizzati da specialisti tedeschi e svizzeri, i volumi del Grande Atlante di Architettura sono pubblicati nell'edizione originale dall'editore della prestigiosa rivista "Detail".

Volumi pubblicati:

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Atlante del Friedbert Kind-Barkauskas Stefan Polónyi Bruno Kauhsen Jörg Brandt

UTET

Titolo originale Beton Atlas - Entwerfen mit Stahlbeton im Hochbau Autori Friedbert Kind-Barkauskas (parti 1, 2, 4) Bruno Kauhsen (parti 4, 5) Stefan Polónyi (parti 3,4; con Claudia Austermann) Jòrg Brandt (parti 2, 4) Collaboratori Jànos Brenner (parte 1); Martin Hennrich (parte 5); Gottfried Lohmeyer (parte 2); E.A. Kleinschmidt (parte 3); Helmut Moritz (parte 2); Olaf Sänger (parte 3); Matthias Strache (parte 3) Traduzione di Lydia Kessel Consulente tecnico per la traduzione Marco Della Torre Normativa italiana a cura di Alberto Galeotto

© 1995 Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH, Monaco, Beton-Verlag Dusseldorf © 2004 Ristampa UTET Professionale s.r.l. corso Raffaello, 28 - 10125 Torino © Prima edizione 1998 Sito Internet Utet: www.utet.com e-mail: [email protected] - [email protected] I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento totale o parziale, con qualsiasi mezzo (compresi i microfilm e le copie fotostatiche), sono riservati per tutti i Paesi. Fotocopie per uso personale del lettore possono essere effettuate nei limiti del 15% di ciascun volume/fascicolo di periodico dietro pagamento alla SIAE del compenso previsto dall'art. 68, comma 4, della legge 22 aprile 1941 n. 633 ovvero dall'accordo stipulato tra SIAE, AIE, SNS e CNA, CONFARTIGIANATO, CASA, CLAAI, CONFCOM•MERCIO, CONFESERCENTI il 18 dicembre 2000. Le riproduzioni ad uso differente da quello personale potranno avvenire, per un numero di pagine non superiore al 15% del presente volume/fascicolo, solo a seguito di specifica autorizzazione rilasciata da AIDRO, via delle Erbe, n. 2 - 20121 Milano - Telefax 02/809506 -email: [email protected]

Redazione: Studio Parole srl - Milano Stampa: Stamperia Artistica Nazionale - Torino ISBN 8802-05368-5 4

Sommario

Parte 1 • II calcestruzzo nell'architettura Sviluppo della tecnologia del cemento Impiego della malta di calce nell'antichità Costruzioni a Roma con opus caementicium La preparazione del cemento e del calcestruzzo Primi esperimenti con il cemento armato Lo sviluppo del calcestruzzo precompresso II calcestruzzo armato nell'architettura moderna Prime costruzioni industriali e commerciali L'inizio del secolo Lo sviluppo verso un sistema portante delle superfici L'espressionismo II primo moderno Frank Lloyd Wright Le Corbusier Costruzioni a guscio Pier Luigi Nervi Esempi architettonici del moderno Tardo e postmoderno Lo strutturalismo olandese Costruzioni con elementi prefabbricati in calcestruzzo armato II presente

Parte 2 • Fondamenti

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8 9 9 10 11 12 17

II calcestruzzo come materiale da costruzione La composizione del calcestruzzo I tipi di calcestruzzo Le caratteristiche del calcestruzzo Tipi di calcestruzzo con caratteristiche particolari II calcestruzzo per elementi costruttivi esterni L'armatura Muratura in pietre di calcestruzzo L'utilizzo

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18 20 22 24 25 27 28 30 31 32 36 38 3 8 41

La superficie del calcestruzzo Princìpi formali I componenti del calcestruzzo La ripercussione della cassaforma Possibilità di lavorazione della superficie Utilizzo di stratificazioni Influenze atmosferiche Fisica tecnica Generalità Richieste di base Condizioni climatiche degli spazi Risparmio energetico, isolamento termico Protezione dai rumori, isolamento acustico Comportamento al fuoco, protezione antincendio Esigenze fisiche della costruzione Proprietà delle parti costruttive

4 5 45 4 7 50 51 53 54 56 56 61 61 61 62 64 69 70 74 7 4 7 4 83

Parte 3 • Costruzioni in calcestruzzo armato

100 102 102 104 106 106 121 122 123 128 131 133

Costruzioni a più piani Aspetti della produzione industriale Giunti Tetti Solai Pareti Montanti Centri di distribuzione/scale Facciate Grattacieli Grattacieli sospesi Capannoni Capannoni con elementi a barra Superfici portanti Tetti a struttura sospesa

134 135 142 157

Fondamenta Fondamenta poco profonde Fondamenta profonde/fondazioni su pali La sicurezza delle fondamenta Costruzioni sotto il livello della falda freatica/aggottamento aperto

160 160 162 164

Parte 4 • Particolari costruttivi

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Schema delle legende Parete esterna portante Parete interna Facciata non portante Giunti Fissaggio di lastre per facciate

168 168 172 175 176 177 179 181

Scale Parte 5 • Esempi di edifici

87 Normativa italiana 88 90 94

184 Bibliografia Fonti iconografiche Indice dei nomi Indice analitico

264 27 9 280 281 283

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Prefazione all'edizione tedesca

"È difficile rintracciare dei punti fermi nel vasto campo dell'architettura del nostro tempo, dominata dalla confusione se non addirittura dalla totale mancanza di princìpi rispetto allo stile, così come ardua risulta la definizione di una critica dello stile a causa della massa infinita di costruzioni erette nel mondo attraverso le varie epoche. Una tale situazione mi spinge ad affermare il seguente principio: architettura è costruzione! Mentre desumo il secondo principio per un'architettura stilisticamente avvincente dalla seguente osservazione: ogni costruzione perfetta, eseguita con un materiale preciso, possiede un carattere inconfondibile e non potrebbe essere razionalmente eseguita con gli stessi risultati con nessun altro materiale." Karl Friedrich Schinkel

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Costruire è un'attività elementare dell'uomo che riflette il suo bisogno di plasmare l'ambiente a proprio beneficio. L'architettura nasce dalla sintesi delle differenti esigenze di utilizzo, dalle possibilità costruttive e dalle idee formali. Sono le risorse finanziarie e le idee politiche di un'epoca a determinare lo sviluppo di una determinata cultura architettonica che giunge a sua volta a imprimere il proprio stile nella vita della società. Lo studio del ruolo del calcestruzzo quale materiale costruttivo nell'architettura mette in luce una lunga evoluzione, ancora oggi non conclusa. Reperti di malta del 12.000 a.C. documentano già l'uso di pietre calcaree come materiale da costruzione. Sulla base delle esperienze raccolte sino ad allora, a partire dal II secolo a.C. inizia la produzione, finalizzata alle esigenze del tempo, dell'opus caementicium: il calcestruzzo romano. Questo materiale domina nelle costruzioni imperiali e rende possibili progetti architettonici e costruzioni di ingegneria ai massimi livelli. Con la decadenza dell'Impero romano anche le conoscenze per quanto riguarda la produzione del calcestruzzo come materiale edile cadono nell'oblio. Devono trascorrere circa 1500 anni affinchè siano riscoperte le basi per la sua produzione. Nel 1824 l'invenzione del cemento Portland in Inghilterra, determina il reale sviluppo del calcestruzzo dell'età moderna. I tentativi di armare in ferro il cemento, eseguiti contemporaneamente in Inghilterra e in Francia intorno al 1850, consentono presto di eseguire costruzioni con arcate più ampie e quindi di realizzare un'architettura del tutto nuova. Inizialmente il calcestruzzo armato trova utilizzo in sostituzione del legno, del ferro e della pietra; da questi primi sforzi abbastanza avventurosi si sviluppano ben presto un suo utilizzo adeguato e autonomo e una teoria approfondita per i calcoli esatti delle sue prestazioni statiche. Il suo utilizzo, all'inizio tradizionale nella conceazione costruttiva e nell'espressione strutturale, e poi sempre più coraggioso nell'abbandonare le strade consuete, determina dopo il 1900 in Europa la nascita di un nuovo stile nell'architettura: il moderno. Se il calcestruzzo armato è di importanza fondamentale per il moderno, quest'ultimo influenza a sua volta fino ai nostri giorni l'impiego di un materiale tanto polivalente nelle costruzioni in nodi rigidi o a pareti. Dopo la prima e la seconda edizione, pubblicate nel 1980 e 1984 dal Beton-Verlag per l'Associazione federale dell'Industria del cemento tedesca, presentiamo questa terza edizione del\'Àtlante del cemento. Questo testo si rivolge in

primo luogo ai costruttori, cioè all'architetto, all'ingegnere, al geometra. Ma nello stesso tempo vuole illustrare all'insegnante e allo studente le diverse possibilità d'impiego del calcestruzzo e contribuire a evitare nella prassi errori nella fase di progettazione e di realizzazione. Gli esempi architettonici e costruttivi intendono fornire inoltre idee per la progettazione e per un impiego appropriato del calcestruzzo; essi illustrano infine come si possa dare una forma varia, suggestiva e a misura d'uomo al nostro ambiente architettonico. L'editore e gli autori ringraziano gli architetti, gli ingegneri e le ditte che hanno fornito la loro documentazione così come Christian Schittich e i suoi collaboratori per la coordinazione della revisione. Per l'editore e gli autori Friedbert Kind-Barkauskas Aprile 1995

Parte 1 • II calcestruzzo nell'architettura Friedbert Kind-Barkauskas

Sviluppo della tecnologia del cemento Impiego della malta di calce nell'antichità Costruzioni a Roma con opus caementicium La preparazione del cemento e del calcestruzzo Primi esperimenti con il cemento armato Lo sviluppo del calcestruzzo precompresso

II calcestruzzo armato nell'architettura moderna Prime costruzioni industriali e commerciali L'inizio del secolo Lo sviluppo verso un sistema portante delle superfici L'espressionismo II primo moderno Frank Lloyd Wright Le Corbusier Costruzioni a guscio Pier Luigi Nervi Esempi architettonici del moderno Tardo e postmoderno Lo strutturalismo olandese Costruzioni con elementi prefabbricati in calcestruzzo armato II presente

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Sviluppo della tecnologia del cemento

L'utilizzo del cemento e del calcestruzzo nell'architettura moderna si basa su una pluralità di conoscenze scientifiche e tecnologiche, alcune delle quali provengono dall'antichità e risultano valide ancora oggi. Dall'impiego casuale della pietra calcarea nell'antichità, nasce un nuovo prodotto attraverso la preparazione e la combinazione con altri materiali: la malta di calce. La scoperta delle caratteristiche idrauliche di determinati composti di materiali consentì lo sviluppo dell'opus caementicium, il calcestruzzo romano, il cui impiego permise la costruzione di edifici che ancora oggi possiamo ammirare per la loro qualità architettonica e quali testimonianze di un'epoca. Nel medioevo questo materiale edile fu dimenticato; solo alla metà del Settecento le ricerche riguardanti il comportamento idraulico della calce e la produzione del cemento condussero alla sua riscoperta. Cento anni più tardi si sviluppò, sul modello delle costruzioni in argilla, la tecnica del calcestruzzo battuto. A ciò seguirono varie sperimentazioni per migliorare la resistenza alla trazione degli elementi strutturali in calcestruzzo tramite l'armatura in ferro e poi per perfezionare le possibilità costruttive in calcestruzzo armato. Con il perfezionamento dei metodi di calcolo si giunse finalmente all'elaborazione di una teoria generale dell'uso del calcestruzzo armato e quindi a una moderna tecnologia delle costruzioni. Ulteriori sviluppi nel campo del calcestruzzo precompresso consentono di realizzare muri più sottili e, con l'introduzione dei pilastri, di gestire i volumi interni con maggiore libertà. Da alcuni anni si producono calcestruzzi ad alta resistenza per impieghi speciali nelle costruzioni di grattacieli. Si sperimenta inoltre di armare il calcestruzzo con fibra di vetro soprattutto per costruzioni di ingegneria, mentre nuovi metodi per la strutturazione delle superfici consentono un impiego sempre più vario del calcestruzzo nell'architettura.

Impiego della malta di calce nell'antichità

ruolo determinante per lo sviluppo della malta. Altrettanto determinanti risultano quindi la ripetizione e la sperimentazione di questi processi da parte dell'uomo. Reperti archeologici dell'epoca, intorno al 12.000 a.C, rinvenuti in Turchia occidentale, documentano il più antico utilizzo della malta di calce come materiale da costruzione. Circa seimila anni più tardi a Gerico in Palestina si utilizzava calce come agglomerante per la malta nelle costruzioni in mattoni. Nelle rovine di case dell'epoca intorno al 5500 a.C, rinvenute a Lepenski Vir nei Carpazi, sono state trovate delle piastrelle composte da calce viva, sabbia e argilla. Anche nei più importanti edifici di culto dell'antico Egitto, di Troia e di Pergamo fu utilizzata malta di calce. Questo metodo di costruzione è inoltre menzionato più volte nell'Antico testamento, scritto intorno al 1200 a.C. I fenici scoprirono che con la pietra vulcanica dell'isola di Santorino, macinata e mescolata con calce, sabbia e acqua, si poteva produrre una malta resistente all'acqua. Essi impiegarono questa tecnica anche negli impianti d'irrigazione e la diffusero in tutto il bacino del Mediterraneo. Verso il 1000 a.C. il re Davide trasformò le cisterne di Gerusalemme nella propria residenza che conserva ancora oggi l'intonacatura resistente all'acqua composta di calce e argilla. A partire dal VII secolo a.C. anche la Grecia antica conobbe l'uso della calce viva, mescolata con marmo polverizzato e utilizzata come intonaco di calce. Nelle cisterne dell'isola di Santorino, ad esempio, la percentuale di malta nell'intonaco è del 43%. I muri vengono però realizzati con pietre squadrate montate a secco. È documentato invece l'impiego della malta di calce presso gli ultimi edifici eretti per il re Nabucodonosor a Kasr e Babil intorno al 600 a.C. e nelle mura di cinta di Atene costruite verso il 450 a.C. Questo vale inoltre per parti della muraglia cinese, risalente al 300 a.C, dove si può constatare addirittura una stabilizzazione del suolo con calce per migliorare la capacità portante del terreno edificabile.

È impossibile per noi oggi stabilire se i primi utilizzi della malta di calce noti nell'antichità rispondessero a finalità precise o fossero il semplice risultato di circostanze, che prevedevano la disponibilità di particolari materiali in una certa area geografica. L'osservazione di reazioni casuali, come ad esempio la decomposizione di determinate pietre calcaree dopo un forte riscaldamento seguito da pioggia e la successiva solidificazione del materiale trasformato, svolse sicuramente un 9


Il calcestruzzo nell'architettura

circa 9 m 1,60m Calcestruzzo romano con minuscoli frammenti di tufo e di pomice (spessore 1,35 m) Calcestruzzo romano con minuscoli frammenti di tufo e di pietrisco di mattoni (spessore 1,50 m)

Calcestruzzo romano con frammenti di tufo e di mattoni (spessore 1,60 m) 43,40 m

circa 6 m

Calcestruzzo romano con frammenti di tufo e di mattoni (spessore 1,60 m) Parete esterna in mattoni

Calcestruzzo romano con frammenti di travertino e di tufo (spessore 1,75 m). Parete esterna in mattoni

4,50 m 7,30 m

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Calcestruzzo romano con frammenti di travertino

Costruzioni a Roma con opus caementicium Nel 11 secolo a.C. sì sviluppa nell'Italia meridionale una nuova tecnica di muratura. Tra due muri realizzati in pietra da taglio, con funzione di guscio, vengono inseriti e compressi malta di calce e concio. Pietre di legatura (diatonoi) collegano i due gusci della muratura e garantiscono la stabilità necessaria fino a quando l'emplekton (il compresso) non si è indurito. Nell'opera De re rustica, del 184 a.C, Marco Porcio Catone il Censore descrive la malta aerea raccomandando un composto formato da una parte di calce spenta e da due parti di sabbia. Con questo procedimento i romani riprendono la tecnica della muratura colata greca. Essi utilizzano tra l'altro tufo, graniglia di marmo e frammenti di mattoni come sostanze inerti. Nel libro De architectura, Vitruvio descrive per la prima volta nel 13 a.C. la fabbricazione della malta idraulica e del calcestruzzo ottenuto con malta idraulica e frammenti di pietra. Questo opus caementicium si può senz'altro paragonare ai calcestruzzi moderni per la medesima resistenza alla tensione di compressione. Esso è inoltre resìstente all'acqua, contiene aggregati di grani grossi fino a 70 mm e ghiaia e sabbia a sufficienza come aggregati fini. La malta idraulica e gli aggregati vengono mescolati, prima dell'impiego, e poi compressi in modo meccanico. Per le parti esterne delle opere murarie si utilizzano principalmente pareti di mattoni, spesso riccamente decorate. Superfici con il calcestruzzo a vista si trovano quasi esclusivamente in costruzioni di carattere funzionale, come ad esempio cisterne o terme. Anche in fondamenta di dimensioni maggiori come nel Colosseo a Roma (portato a termine Dell'80 d.C.) e in costruzioni portuali, quali il molo di Napoli, sono ancora oggi visibili le tracce dei dossali. Le fondamenta del molo di Napoli, come narra Vitruvio, furono costruite sotto Caligola con grossi blocchi di calcestruzzo prefabbricati affondati nell'acqua. Nel 27 a.C. Agrippa intraprende la costruzione dell'edificio sicuramente più spettacolare della Roma antica: il Pantheon. La sottostruttura, con un diametro di 43,40 m, viene coperta da una cupola in calcestruzzo massiccio liberamente portante. Il taglio trasversale si adatta in modo talmente perfetto al sistema di forze che il peso della volta può essere sostenuto dalla sottostruttura senza contrafforti. Rilievi eseguiti hanno mostrato come nella sottostruttura e nella cupola a cassettoni siano stati utilizzati calcestruzzi di diverso spessore cosicché il peso diminuisce progressivamente verso l'alto fino all'apertura di 9 m che consente l'accesso della luce, situata nella chiave di volta della cupola. La cupola della chiesa di Santa Sofia a Costantinopoli, edificata per l'imperatore Giustiniano fra

1.2

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il 532 e il 537 dagli architetti Antemio di Traile e Isidoro di Mileto, ha un diametro di 32 m e copre una campata di 45 m. (Solo la cupola della moschea SelimTye eseguita da Sinàn a Edirne intorno al 1570, eguaglierà con i propri 43 m di apertura quella di Santa Sofia.) Le lunette della volta sono costruite su casseforme perse in muratura di mattoni. Quattro archi toccano la cupola centrale, sorretti dalle lunette delle volte degli absidi e alleggeriti in questo modo dalle spinte della cupola centrale.


Lunghezza circa 188 m

Altezza circa 50 m

La torre di Pisa, iniziata nel 1173, è ritenuta una delle ultime grandi costruzioni della tradizione romana in Italia. L'edificio, alto 58 m, presenta oggi una pendenza di 5,5 gradi rispetto alla verticale. All'interno di un cilindro in calcestruzzo monolitico dello spessore di 2,7 m, rivestito sia all'interno sia all'esterno con marmo, si trova la scala a chiocciola.

Travertino Tufo Calcestruzzo romano (parzialmente con guscio in mattoni)

La preparazione del cemento e del calcestruzzo La conoscenza della giusta composizione dell'opus caementicium andò perduta durante il medioevo. Per edifici civili e militari si utilizzò in quest'epoca una malta composta da argilla pura, calce e sabbia. Talvolta si ricorreva al gesso o alla polvere di mattoni quali aggreganti e all'aggiunta di materiali organici di vario tipo allo scopo di migliorare la solidità della malta. Fonti di diversa origine documentano l'aggiunta di aceto, latte o, come avvenne nel 1450 a Vienna per il duomo di Santo Stefano, di vino locale. Nel XVI secolo gli olandesi scoprirono l'efficacia idraulica del tufo macinato, il cosiddetto trass, ignorando tuttavia le ragioni chimiche di tale efficacia. Il commercio di questo prezioso materiale edile diventò presto un importante fattore economico per l'intera Europa, ma fino al Settecento tutti i tentativi di produrre un agglomerante efficace diedero risultati di scarso valore.

Altezza fondamenta circa 12 m

1.3

In un dizionario tecnico del 1710 compare per la prima volta la definizione di "cemento" in riferimento ai mattoni pestati. Nel 1729 Bernard Forest de Bélidor, ufficiale tecnico dell'esercito francese, pubblica un trattato dal titolo La science des ingénieurs nel quale spiega fra l'altro la produzione della malta con vari tipi di calce, l'utilizzo di differenti materiali aggiuntivi idraulici e la costruzione di "volte colate" in calce idraulica. Nel volume Architecture hydraulique, sempre di Bernard Forest de Bélidor, pubblicato nel 1753, viene utilizzato il termine beton per definire un composto di malta resistente all'acqua con inerti

1.1 Pantheon, Roma, sezione con l'elenco dei vari tipi di calcestruzzo Pantheon, Roma, 1.2 iniziato nel 27 a.C. Colosseo, Roma, 1.3 terminato nell'80 d.C. Torre pendente, 1.4 Pisa, iniziata nel 1173 1.4

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II calcestruzzo nell'architettura

grezzi, dal termine bethyn o becton che in francese antico stava a significare la muratura.

1.5

1.6 1.7

Nel 1755 l'inglese John Smeaton formulò i princìpi delle caratteristiche idrauliche scoprendo che una certa quantità di argilla nel cemento garantisce la presa della malta sott'acqua e, in seguito, la sua resistenza all'acqua. Ciò gli meritò l'incarico per la riedificazione del faro distrutto sullo scoglio roccioso di Edystone presso Plymouth. Per la malta, che, nelle intenzioni di Smeaton, doveva essere un cemento solido e durevole paragonabile alla migliore pietra di Portland, utilizzò un composto in parti uguali di calce inglese di Aberthaw e di argilla pozzolana proveniente da Civitavecchia. Nel 1796 l'inglese James Parker riuscì a comporre il cosiddetto cemento romano, un sostituto dell'argilla pozzolana e del trass, che indurisce senza l'aggiunta di calce. Il nome di questo cemento rimanda alla colorazione simile a quella delle pozzolane romane. Ancora ignote restavano tuttavia le reazioni chi-miche alla base delle differenti resistenze dei composti di materiali. Solo nel 1815 il chimico berlinese Johann Friedrich John giunse a spiegare le ragioni per le quali la malta di calce è più durevole della malta prodotta con gusci di conchiglie. John aveva analizzato campioni di malta provenienti da edifici storici e aveva verificato che la reazione chimica di un composto di acido silicico, argilla e calce, sottoposto ad alta temperatura, era la ragione all'origine della forza di presa. Questi studi valsero a John il premio dell'Associazione olandese per le scienze. Nel 1824 il capomastro inglese Joseph Aspdin sviluppò un composto di argilla e pietra calcarea, che chiamò Portland-Cement e descrisse come un metodo per "migliorare la produzione di pietre artificiali". La scelta di battezzare così il suo cement e le "pietre artificiali destinate a lavori in stucco, costruzioni idrauliche, cisterne e altre possibili opere di costruzione" risaliva al confronto che Smeaton aveva fatto tra la resistenza del suo conglomerato con la pietra di Portland, motivo per il quale questo tipo di cemento conserva ancora oggi il proprio nome. Fu una piccola fabbrica della cittadina inglese di Wakefield a immettere sul mercato per la prima volta il cemento Portland. Nel 1844 l'inglese Isaac Charles Johnson apportò un'ulteriore innovazione: invece della consueta cottura a bassa temperatura per la produzione del cemento, introdusse la combustione fino all'agglomerazione in grado di garantire una qualità decisamente più alta delle caratteristiche del materiale.

Primi esperimenti con il cemento armato All'inizio dell'Ottocento sorgono in Francia e in Inghilterra i primi edifici completamente costruiti in calcestruzzo. Nel 1852 lo stuccatore William Boutland Wilkinson riesce a creare per la prima volta un'armatura in cavi metallici in un solaio e nel 1854 deposita domanda di brevetto per una

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costruzione mista in ferro e calcestruzzo per solai. Il brevetto riporta: "La scoperta ha per oggetto costruzioni a prova di fuoco con solai in calcestruzzo, armati con funi metalliche e piccole barre di ferro, posizionate sotto l'asse centrale del calcestruzzo" (Haegermann et al., 1964). Nel 1865 l'architetto costruisce la propria casa a Newcastle in Inghilterra completamente in calcestruzzo, dotandola di soffitti a cassettoni e di scale prefabbricate. Come dimostra la ricostruzione, avvenuta in seguito alla demolizione dell'edificio, Wilkinson posiziona l'armatura in ferro già nella zona del tiraggio e, usando lastre a più riquadri, la fa salire sopra i puntelli e i supporti. Anche T.E. Tyerman dedica un proprio studio all'impiego di ferri nell'armatura per la stabilizzazione delle costruzioni e delle loro parti. Già in questo lavoro, brevettato nel 1854, si indica la necessità di curvare i ferri dell'armatura per garantire una maggiore aderenza della malta. Solo un anno più tardi l'imprenditore edile francese Frangois Coignet, ispirandosi alle costruzioni in argilla, sviluppa un metodo per il calcestruzzo battuto, adatto a edifici di tutti i tipi e a parti di essi, che chiama béton aggloméré. Nel frattempo Coignet chiede in Inghilterra il brevetto per l'armatura di solai in calcestruzzo con barre di ferro a croce e nel 1855 costruisce a Saint-Denis un'abitazione a tre piani in calcestruzzo. Nello stesso anno l'ingegnere tedesco Max von Pettenkofer pubblica le sue ricerche sul metodo per la produzione del cemento Portland, tenuto segreto fino ad allora, creando così i presupposti per la produzione di cemento in Germania. Sempre in questo periodo il francese Josef-Louis Lambot si dedica al problema di adattare il calcestruzzo, tramite l'armatura in ferro, a costruzioni sottoposte a forze di trazione. Circa l'impiego del calcestruzzo armato in sostituzione del legno per recipienti d'acqua, vasi di fiori e costruzioni navali, Lambot scrive: "La mia scoperta ha per oggetto un nuovo prodotto che serve a sostituire il legno nelle costruzioni navali e ovunque vi sia il pericolo di un contatto con l'umidità, come nel caso di pavimenti in legno, recipienti d'acqua, vasi di fiori ecc. Il nuovo materiale di sostituzione consiste in una rete metallica fatta di funi e saettoni legati tra di loro o intrecciati in una forma qualunque. Piego questa rete in una forma che si adatta nel miglior modo possibile all'oggetto che voglio produrre e poi la immergo nel cemento idraulico coprendo così anche eventuali giunture". Lambot chiama il materiale brevettato nel 1855 Ferciment.

1.5 Frangois Coignet, disegno dal suo brevetto per l'armatura dei solai in calcestruzzo, 1854

1.6 William Boutland Wilkinson, disegno dal suo brevetto per la costruzione mista ferro-calcestruzzo persola, 1854 1.7 Betoniera per cemento, secolo XIX 1.8 Josef-Louis Lambot, facsimile tratto dal suo brevetto per il calcestruzzo armato come materiale sostitutivo del legno, 1855

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1.10

1.12

Un altro francese, Joseph Monier, conduce esperimenti nello stesso campo d'indagine. La sua attività di giardiniere gli permette di concepire dei vasi di fiori costruiti con una rete metallica, ricoperta poi di cemento. L'elaborazione di questa idea gli consente di ottenere il brevetto per "il procedimento di produzione di oggetti di vari tipi che unisce scheletri metallici e cemento" e che, come scrive, "ha come obiettivo una resistenza più duratura e un risparmio di cemento e lavoro" (Haegermann et al., 1964). Monier adopera il suo metodo anche per la costruzione di ponti in calcestruzzo armato, dove dimostra tuttavia di non avere ancora compreso il sistema delle forze in una costruzione o in un elemento costruttivo, come conferma la disposizione dei ferri di armatura. Le illustrazioni rendono evidente inoltre che resta ancora ignoto il rapporto statico interno, dato dalla cooperazione tra i due materiali ferro e calcestruzzo. Nel "Journal des Ponts et Chaussées" vengono però pubblicati, ancora nello stesso anno, i "moduli di allungamento" del calcestruzzo. Nel 1877 sono introdotte in Germania le prime normative per il cemento. Le più antiche costruzioni in calcestruzzo ancora oggi esistenti vengono erette in calcestruzzo non armato in occasione di un'esposizione di giardinaggio nel 1879 nel Dreieichenpark di Offenbach, presso Francoforte sul Meno. Contemporaneamente l'avvocato americano Thaddeus Hyatt e altri scoprono le connessioni statiche nel calcestruzzo armato. Vengono così sviluppati molti elementi costruttivi in calcestruzzo armato, come ad esempio sistemi portanti con ferri nodali e staffe e lastre composte di calcestruzzo e vetro. Nel brevetto del 1878 di Hyatt che riunisce tutte queste scoperte, è detto tra l'altro: "In calcestruzzo di cemento armato con ferri a nastro e ferri tondi vengono prodotte lastre, travi e volte, impiegando il ferro solo dalla parte in trazione". Hyatt scopre inoltre la resistenza del materiale al fuoco quando il ferro è completamente coperto dal calcestruzzo. (Resta celebre la dimostrazione da lui effettuata, dando fuoco a una casa in calcestruzzo eretta appositamente per l'occasione a Londra.) Sono sempre di Hyatt ricerche sulla durata del legame tra calcestruzzo e armatura, sulla dilatazione termica sufficientemente uguale dei due materiali e sulla loro elasticità differente, così come gli si deve la diffusione della trave a T, la cui forma risulta staticamente molto valida. Hyatt sottolinea l'idoneità del materiale misto ferrocalcestruzzo non solo per gli elementi portanti nell'architettura ma anche per la costruzione di ponti, grazie alla sua resistenza agli agenti atmosferici e ai costi minimi di manutenzione. Intorno al 1880 la ditta Coignet ottiene in Francia grandi successi commerciali grazie alla migliorata tecnologia delle costruzioni in calcestruzzo armato. Edmond Coignet scopre che un buon rapporto tra cemento e acqua, un me-



scolamento continuo e una compressione accurata garantiscono un'alta qualità del calcestruzzo. La sua ditta si specializza nella costruzione di case completamente in calcestruzzo, erette con casseforme multiuso. Nel frattempo gli imprenditori edili Conrad Freytag e Cari Heidschuh comprano il brevetto di Monier e un anno più tardi cedono i suoi diritti d'utilizzo a Gustav Adolf Wayss che lavora per il distretto di Berlino. Con l'acquisto del brevetto di Monier, prende avvio in Germania la realizzazione di edifici in calcestruzzo armato di dimensioni maggiori. A Berlino i progetti dell'architetto Paul Wallot propongono pareti di divisione leggere per la costruzione del nuovo Reichstag. La domanda di brevetto viene tuttavia respinta in un primo momento in quanto il capomastro berlinese Cari Rabitz aveva già utilizzato pareti simili nell'Altes Museum di Schinkel, lavoro per il quale gli era stato concesso il brevetto. Solo le analisi del direttore dei lavori del Reichstag, l'architetto Mathias Koenen, riconobbero che le pareti divisorie prevedevano una procedura del tutto nuova. Koenen pubblicò nella "Rivista centrale dell'amministrazione edile" i suoi calcoli inerenti il modulo di resistenza di una lastra non flessibile munita di barre di ferro, posizionate il più vicino possibile alla superficie inferiore. Insieme a Wayss aveva scoperto tramite i suoi esperimenti che una lastra di calcestruzzo armato poteva sostenere un peso notevolmente superiore di una lastra non armata delle stesse dimensioni. Wayss utilizzò perciò anche lastre per solai e volte portanti per la costruzione del Reichstag di Berlino. Nel 1887 pubblica l'opuscolo // sistema Monier (scheletri di ferro avvolti nel calcestruzzo) per l'architettura in generale, che contiene i risultati delle sue ricerche e il suo metodo di calcolo per le lastre resistenti alla flessione. È questo da considerarsi il primo trattato sul calcestruzzo armato che diede un forte contributo alla diffusione in Germania di questo nuovo metodo costruttivo. Nello stesso anno viene introdotta in Prussia la prima norma industriale, la norma DIN 1164. Tutte le sperimentazioni eseguite fino ad allora in calcestruzzo con armatura in ferro dimostravano una capacità portante ancora limitata, soprattutto sotto un carico notevole, a causa della possibilità che si formassero delle crepe. Nel 1886 l'americano Jackson elabora un metodo in grado di fornire agli elementi in calcestruzzo una maggiore resistenza alla trazione tra-

1.9 Joseph Monier, disegni dal suo brevetto tedesco, 1871 1.10 Joseph Monier, disegno dal suo brevetto per la costruzione di ponti, 1873 1.11 Thaddeus Hyatt, disegno dal suo primo brevetto per il calcestruzzo armato, 1871 1.1 Thaddeus Hyatt, disegno dal suo brevetto, 1874 2 Edificio della mostra di giardinaggio di Offenbach, 1.13 1879 e 1.15 Belvedere, Helsingborg, Svezia: in fase di costruzione e nel 1903 dopo il suo compimento

mite l'inserimento di barre di ferro che possono essere tirate con filetti e matrici. Il limite del suo procedimento risiede nel fatto che è possibile ottenere solo una precompressione molto ridotta cosicché la deviazione della sollecitazione di trazione e della spinta orizzontale resta ancora un problema da risolvere. L'ingegnere tedesco Doehring si rifa all'idea di Jackson e, grazie ai suoi esperimenti per evitare crepe nel calcestruzzo armato, sviluppa un sistema per la precompressione dell'armatura negli elementi costruttivi in calcestruzzo. Contemporaneamente in Inghilterra, Ernest Leslie Ransome si occupa del problema dell'armatura del calcestruzzo. Il risultato delle sue ricerche conduce all'utilizzo di un ferro d'armatura profilato, che viene brevettato nel 1893. Già nel 1891 Edmond Coignet aveva utilizzato per la prima volta nel Casino di Biarritz degli elementi costruttivi prefabbricati in calcestruzzo. Questo edificio è ritenuto da allora il punto di partenza per l'architettura moderna con elementi costruttivi prefabbricati in calcestruzzo. Negli anni successivi Coignet impiega elementi prefabbricati in calcestruzzo armato di grandi dimensioni anche in altre costruzioni. Nel frattempo l'ingegnere francese Frangois Hennebique elabora un procedimento per costruzioni miste in acciaiocalcestruzzo. Attraverso una serie di esperimenti egli giunge a perfezionare la produzione di un soffitto a lastre, unito in modo monolitico al montante in calcestruzzo armato che diventa la tecnica più comune per le costruzioni in questo materiale. Il suo sistema costruttivo oltre a presentare vantaggi economici prevede un posizionamento dell'armatura che corrisponde perfettamente alla distribuzione delle forze statiche. Molte fabbriche e depositi con un volume di traffico relativamente alto, come ad esempio quella di Lilla (1892), vengono eretti in base al "système Hennebique". Nel 1896 Hennebique progetta come primo edificio prodotto in serie un casello ferroviario. Questo primo tipo di edificio è costruito con lastre in calcestruzzo armato spesse 5 cm. La sua casa privata eretta nel 1904 a Bourg-laReine dimostra inoltre tutte le possibilità d'impiego del tipo di calcestruzzo armato da lui inventato.

1.14

Nel frattempo viene realizzato negli Stati Uniti, a Cincinnati, il primo grattacielo al mondo in calcestruzzo armato: l'ingalls Building (1902), alto sedici piani, con uno scheletro in calcestruzzo armato, una tecnica sviluppata da Ransome che si richiama però alle esperienze di Hennebique. Gli esperimenti con il nuovo materiale misto ferrocalcestruzzo si susseguono e mostrano che la comparsa di crepe è dovuta anche a un allungamento del calcestruzzo sottoposto a sforzi di trazione in differenti condizioni. Già prima del 1900, l'ingegnere tedesco Schumann aveva scoperto nel corso di cinque anni di esperimenti che il fenomeno di "rigonfiamento" del calcestruzzo a causa dell'umidità e lo "sgonfiamento" determinato dall'essiccamento erano la ragione della 1.15

15

Svilupp luppo della tecnologia del cemento


lastra

montante del contorno

trave di sostegno

montante

1.16 1.17

Contemporaneamente l'ingegnere e imprenditore edile svizzero Robert Maillart comincia a eseguire delle prove per i calcoli dei soffitti sottoposti a carichi pesanti. La sua idea di una struttura totalmente portante, sorretta solo da montanti e non da travi di sostegno supplementari, si oppone al noto sistema portante di Hennebique. Nel 1909 Maillart elabora un metodo per calcolare i solai a fungo senza travi di sostegno e solo un anno più tardi costruisce un deposito a Zurigo.

1.18

terrazza bagno camera da letto spogliatoio 1° piano

salone camera dei bambini

camera del personale

giardino aranciera cantina

1.19

16

comparsa di crepe capillari ih costruzioni isolate. Nel 1893 egli constata che il calcestruzzo, facendo presa, modifica in percentuale minima il proprio volume rispetto ad altri materiali. Poco più tardi l'ingegnere austriaco Fritz Edler von Emperger pubblica le sue ricerche fondamentali sulle lastre in calcestruzzo armato secondo la teoria dell'elasticità. Seguono l'Handbuch für Eisenbetonbau (Manuale del calcestruzzo armato) e il Betonkalender (Calendario del calcestruzzo), un'opera ancora oggi pubblicata regolarmente e consultata. Le nuove idee trovano tuttavia una lenta diffusione. All'Esposizione mondiale del 1900, Edmond Coignet presenta con grande successo il suo "castello sull'acqua". Questo edificio, quasi barocco nella varietà delle sue forme, e costruito completamente in calcestruzzo armato, è un valido esempio della versatilità del nuovo materiale edile. La costruzione doveva essere una conferma tangibile, come il Palazzo di cristallo alla prima Esposizione mondiale nel 1851 a Londra e la torre Eiffel del 1889 a Parigi, dei grandi progressi compiuti nel campo dell'edilizia. Nel 1902 Mathias Koenen pubblica l'opuscolo Princìpi dei calcoli statici per gli edifici in calcestruzzo e in calcestruzzo armato, che Emil Mörsch riprende e sviluppa in seguito elaborando una teoria generale su come costruire in calcestruzzo armato.


Lo sviluppo del calcestruzzo precompresso Dopo i primi esperimenti per produrre il calcestruzzo precompresso eseguiti da Jackson e Doehring, si cimentano in quest'impresa Mathias Koenen in Germania, Sacrez in Belgio, Lund in Svezia e Steiner negli Stati Uniti. Progressi di rilievo nel procedimento si fanno attendere poiché non sono ancora ben conosciuti i fenomeni di scorrimento e di ritiro del calcestruzzo. Ma già Sacrez e Steiner indicano nei loro brevetti, rispettivamente del 1907 e 1908, che i ferri dell'armatura dovrebbero essere tirati a tal punto da neutralizzare le forze di pressione generate dalla trazione dell'armatura, prima che si verifichino sollecitazioni e crepe da trazione. Il francese Eugène Freyssinet conduce ricerche sul fenomeno dell'elasticità nel calcestruzzo e giunge nel 1911 a elaborare un suo procedimento per la produzione del calcestruzzo precompresso. Egli scopre che più il calcestruzzo è compatto e resistente alla pressione, meno si verifica lo scorrimento viscoso (fluage). La percentuale di scorrimento è direttamente proporzionale alla perdita di tensione ma quest'ultima non determina gravi conseguenze se, dopo essere avvenuta, vi è ancora una forza di tensione residua di buona intensità. Perciò è necessario tendere l'acciaio in modo tale da renderlo altamente resistente alla trazione. Qualche anno più tardi, in Inghilterra, Wilson riprende l'idea dell'armatura tesa prima di essere immersa nel calcestruzzo. Egli sviluppa un montante che presenta, oltre all'armatura allentata, anche un'armatura fatta di funi che vengono tese fortemente prima di essere introdotte nel calcestruzzo. Nel 1922 Walter Bauersfeld deposita il brevetto relativo alla costruzione in calcestruzzo armato di cupole o superfici curve simili. Anche Freyssinet e J. Séailles continuano a occuparsi della tecnica del calcestruzzo precompresso. Essi scoprono il valore del calcestruzzo ad alta resistenza, prodotto con poca malta, e sviluppano la costipazione a scosse che è ancora oggi una premessa essenziale per l'impiego del calcestruzzo precompresso. In Germania la ditta Wayss & Freytag introduce nel 1935 il termine di "calcestruzzo precompresso" (Spannbeton). Gli elementi costruttivi, prodotti dall'azienda su licenza del metodo Freyssinet, si distinguono per il fatto che il cemento, grazie all'introduzione di un particolare sistema di forze, viene precompresso a tal punto, che essi risultano pressoché indenni allo sforzo di trazione in fase di carico. Solo un anno più tardi Franz Dischinger riesce a dimostrare che i ponti con travi in calcestruzzo precompresso possono essere costruiti con una campata di circa 150 m, mentre secondo il metodo di costruzione in calcestruzzo armato era possibile ottenere all'epoca solo una campata di 70 m. Nel 1943 Emil Mòrsch pubblica il primo trattato sul calcestruzzo precompresso, nel quale spiega il metodo dei calcoli per il materiale e descrive tra


l'altro la prima costruzione in calcestruzzo precompresso, ancora oggi esistente, della ditta Wayss & Freytag in Germania: un viadotto sopra all'autostrada a Oelde. Nel frattempo il calcestruzzo precompresso viene adottato con successo in quasi tutti i settori dell'architettura. Ovunque nel mondo si costruiscono con questa tecnica grandi spazi senza montanti e capannoni a larghe campate. Tra le tipologie edilizie che meglio si adattano all'impiego del calcestruzzo precompresso vanno ricordati, oltre ai ponti con i loro diversi sistemi statici e all'edilizia e ingegneria con elementi prefabbricati, i capannoni industriali e le tettoie, i tetti addossati e i tetti reticolari a botte.

lastra della pavimentazione del piano superiore

capitello del montante montante

1.20 1.21

1.16 Francois Hennebique, struttura portante in calcestruzzo armato con montanti di contorno, 1904 1.17 e 1.18 Francois Hennebique, disegni tratti dal suo brevetto per costruzioni in tecnica mista ferro-calcestruzzo, 1892 1.19 Frangois Hennebique, disegno della sua residenza a Bourg-la-Reine, 1904 1.20 Robert Maillart, capannone, Zurigo, 1910 1.21 Elzner e Anderson, Ingalls Building, Cincinnati, 1902

1 17

Il calcestruzzo armato nell'architettura moderna

1.24

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L'importanza del calcestruzzo armato nell'architettura risiede in gran parte nella sua composizione. Nel corso di migliaia di anni gli edifici sono stati costruiti utilizzando soprattutto materiali primari, ossia materiali tecnologicamente omogenei come la pietra, il legno, l'argilla, la calce viva, la paglia e il carice. A partire dalla metà del Settecento, la rivoluzione industriale introduce l'utilizzo del ferro e all'inizio dell'Ottocento prende l'avvio la produzione dell'acciaio. Entrambi questi materiali, pur non essendo primari, presentano una natura omogenea e si prestano perfettamente alle nuove esigenze costruttive della società, come ad esempio le stazioni, gli impianti ferroviari, i ponti, i capannoni industriali e fieristici e i grandi magazzini. Il ferro e l'acciaio vengono utilizzati con successo perché possono essere sottoposti sia a compressione sia a trazione, una caratteristica che i materiali edili tradizionali, tranne il legno, non possiedono. Con l'utilizzo del calcestruzzo armato inizia una nuova epoca: si tratta del primo materiale costruttivo eterogeneo, poiché è un composto di acciaio, cemento, sabbia, ghiaia e acqua, le cui caratteristiche risultano migliori di quelle dei singoli elementi che lo compogono. La resistenza dell'acciaio alla trazione e del calcestruzzo alla compressione si trovano unite in un unico materiale. Fondamentalmente si può fornire al calcestruzzo armato, in ogni sezione trasversale, la resistenza alla trazione e alla compressione corrispondente al campo previsto di tensione. Nessun materiale primario è altrettanto resistente. Un altro elemento a favore del calcestruzzo armato è la grande resistenza al fuoco; inoltre, ha il vantaggio di essere composto da materiali generalmente economici e disponibili ovunque. L'uso del calcestruzzo armato nelle costruzioni consente di utilizzare metodi assolutamente innovativi. In una prima fase si realizza la costruzione di pali a reticolo monolitici distribuiti nella pianta dell'edificio, che rendono superfluo l'uso di pareti portanti. Ben presto diviene possibile costruire edifici che sarebbero stati irrealizzabili utilizzando il legno o l'acciaio. Uno dei nuovi metodi consiste nell'introduzione di solai a fungo, che uniscono il montante alla lastra del solaio senza giunture e non hanno bisogno di travi di sostegno o portanti incrociate sotto la lastra. Le caratteristiche del materiale permettono costruzioni nelle quali viene eliminata la distinzione tra elementi attivi e passivi, ossia portanti e portati. Per questi aspetti il calcestruzzo armato presenta vantaggi che altri materiali non hanno, ma anche la 18

sua deformabilità e la sua superficie a vista offrono nuove possibilità espressive, fino ad allora inimmaginabili. Progettisti e costruttori sono entusiasti di questo nuovo materiale costruttivo. L'architetto olandese Hendrik Petrus Berlage scrive nel 1922: "II calcestruzzo armato è, dopo il ferro, l'invenzione più importante nel campo dei materiali, forse la più importante in assoluto perché il calcestruzzo armato ha tutte le caratteristiche che mancano al ferro, e perché in questo materiale costruttivo si trovano unite le caratteristiche della pietra e del ferro. Di fatto, che cosa si è reso possibile grazie al suo impiego? Niente più e niente meno che la costruzione di un piano senza connessioni e di un muro senza giunture: un risultato che fino ad oggi si otteneva solo dopo l'intonacatura. Il calcestruzzo armato consente inoltre di unire con una campata rettilinea due montanti posti a una qualsiasi distanza. Sono state rese possibili le due esigenze più importanti dell'architettura: costruire un muro in modo tecnicamente perfetto e unire dei montanti mediante campate in quasi ogni ordine di grandezza. A ciò si aggiunga la capacità di congiungere pavimento e soffitto in un unico insieme e anche questo indipendentemente dalle dimensioni. Il calcestruzzo armato trionfa tecnicamente su tutte le difficoltà create dai materiali edili tradizionali".

Prime costruzioni industriali e commerciali È nel campo delle costruzioni industriali e commerciali che il calcestruzzo armato si impone in modo più rapido ed evidente grazie alla sua economicità e alle nuove possibilità statiche che permettono la copertura di grandi superfici. Esso consente inoltre di liberarsi dai canoni tradizionali dell'architettura. Ancora alla fine dell'Ottocento vengono eretti vari capannoni secondo il metodo di Hennebique, come la filanda Charles Six aTourcoing, il deposito di farina a Nantes, la filanda Barrois a Lillà e la filanda La Cité a Mulhouse. Il sistema costruttivo di Ransome, che a parte l'utilizzo dell'armatura prevede anche il rivestimento e il sigillamento dell'intero sistema portante, viene adottato per la prima volta nel 1903 per la United Shoe Machinery Company. Segue la Winchester Gun Factory di Albert Kahn terminata nel 1906: questo edificio, senza decorazioni e a forma di cubo, è costruito con uno scheletro portante in acciaio-calcestruzzo lasciato a vista sulla fac-


II calcestruzzo armato nell'architettura moderna

ciata. Nel 1910 Kahn realizza anche la prima fabbrica per la produzione industriale di automobili, la Ford Highland Park Plant a Detroit, che si estende su una superficie di 22,5 x 288 m e presenta un sistema di montanti di 4,5 x 6 m. La costruzione ha un'ossatura articolata secondo uno schema preciso che consente di distinguerne chiaramente le singole parti. In un edificio esterno si trovano gli ambienti sanitari e di servizio. Sin dall'inizio del secolo in Germania vengono costruiti, in calcestruzzo armato e non più in acciaio, diversi capannoni per il mercato all'ingrosso. Al di là della maggiore resistenza al fuoco, questa scelta è condizionata più da ragioni economiche che non estetiche, motivo per il quale è spesso riscontrabile un netto contrasto tra l'esterno e l'interno dell'edificio: mentre le facciate sono rivestite in modo "storicizzante", lo spazio interno rivela la costruzione in calcestruzzo armato. Un esempio è il capannone per il mercato all'ingrosso di Breslavia che, terminato nel 1908, fu rivestito con facciate neogotiche. Questo dimostra come per il nuovo materiale edile non sia stato ancora elaborato un linguaggio formalmente originale. In questo ci si è limitati a eseguire il sistema portante, tradizionalmente in acciaio, in calcestruzzo, tentando di simulare la costruzione in ferro tramite ribattini dipinti. Il capannone del mercato all'ingrosso di Richard Schachner nella Thalkirchnerstraße a Monaco dimostra al contrario una concezione più ardita. La modernità dell'edificio consiste nell'assenza di forme e disposizioni tradizionali e nella scelta di lasciare a vista la struttura in calcestruzzo armato, sia all'esterno sia all'interno, evitando compromessi di ordine estetico.

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1.22 Eduard Züblin, progetto di un silo per granaglie nel porto sul Reno a Strasburgo, 1898 1.23 Eduard Zùblin, filanda La Cité, Mulhouse, 1900 1.24 Albert Kahn, Winchester Gun Factory, 1906 1.25 Pludemann e Kuster, capannone per il mercato all'ingrosso, Breslavia, 1908 1.2 Richard Schachner, capannone per il mercato all'ingrosso, Monaco, 1911 6 Auguste Perret, laboratorio di confezioni, Esders Parigi, 1919

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L'inizio del secolo La casa in rue Franklin 25 a Parigi, progettata da Auguste Perret nel 1903, è ritenuta la prima abitazione che adotti delle facciate in calcestruzzo armato in modo conforme alle prerogative del materiale. L'architetto lascia evidente sulla facciata lo scheletro in calcestruzzo armato che si distingue chiaramente dall'apparecchio ornamentale in muratura. Questo utilizzo coerente del calcestruzzo armato, che però scompare alla vista a causa del rivestimento in piastrelle, trova ragione anche nelle idee formali dell'architetto: il ristretto spazio edificabile e il desiderio di ottenere una veduta panoramica determinano la costruzione di logge chiuse sporgenti, realizzabili solo in calcestruzzo o in acciaio.

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L'opera di Perret diventa determinante per lo sviluppo dell'architettura moderna in calcestruzzo poi-

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ché giunge a elaborare un proprio linguaggio formalmente originale combinando alla tradizionale architettura neogotica un impiego appropriato del nuovo materiale costruttivo. Una scelta questa che si riflette in molti suoi progetti tra i quali l'autorimessa di rue Ponthieu a Parigi (1906), dove il sistema portante in calcestruzzo a vista viene chiuso con vetri ornamentali. Il calcestruzzo armato trova una rapida diffusione anche nell'architettura religiosa. Nella chiesa di Saint-Jean-de-Montmartre (1894-97), realizzata da Anatole de Baudot, non vengono ancora adottati elementi formali specifici per il calcestruzzo, ma dieci anni più tardi Frank Lloyd Wright costruisce con la Unity Church a Oak Park "il primo monolito in calcestruzzo al mondo", secondo le sue stesse parole. È la ricerca di un procedimento il più possibile economico che lo spinge a impiegare il calcestruzzo armato. Per molti anni

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questa chiesa sarà ritenuta la più moderna degli Stati Uniti. La modernità di Wright emerge, oltre che dalle particolarità costruttive come l'intelaiatura di traversine del tetto, anche dall'impiego dei materiali: per modificare il colore e la struttura del calcestruzzo aggiunge una ghiaia speciale, tecnica ancora oggi utilizzata e costantemente perfezionata in quanto consente di migliorare le prestazioni formali del materiale. La chiesa dello Spirito Santo di Josef Plečnik (1910-13) è la prima chiesa eretta in Europa con calcestruzzo a vista. Il calcestruzzo armato permette all'architetto una li-

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berta costruttiva tale da rendere possibili all'interno della chiesa e sulle facciate richiami alle forme e agli stili classici più vari. Nella cripta sotterranea il costruttore gioca con le possibilità espressive del materiale come dimostrano le basi e i capitelli delle colonne il cui modellato ricorda l'architettura paleocristiana. Nel 1922 Auguste Perret costruisce la chiesa di Notre-Dame a Raincy presso Parigi progettando le strutture portanti dei muri rivolte verso lo spazio interno: un artificio che gli consente di "dissolvere" le pareti, cioè di costruire i muri perimetrali utilizzando solo delle grate di mattoni. Questo edificio influenza in modo evidente la chiesa di Sant'Antonio a Basilea realizzata da Karl Moser (1927), il quale scrive in proposito: "Nel tentativo di costruire la chiesa con un interno più uniforme, più grande e più luminoso possibile, ma al tempo stesso nel modo più economico, si è utilizzato il calcestruzzo armato".

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Quasi contemporaneamente alla Unity Church di Frank Lloyd Wright, a Monaco viene eretto un edificio che, pur utilizzando questo materiale costruttivo in modo analogo, adotta un linguaggio formale completamente diverso; si tratta dell'Istituto di anatomia dell'Università di Monaco, progettato dall'architetto Max Littmann e giustamente ritenuto il primo edificio importante in Germania, edificato interamente in calcestruzzo

1.28 Auguste Perret, casa privata, Parigi, particolare delia giuntura superiore del pilastro 1.29 Auguste Perret, chiesa di Raincy presso Parigi, 1922 1.30 Auguste Perret, abitazione di me Franklin 25, Parigi, 1903, alzato e sezione 1.31 e 1.32 Frank Lloyd Wright, Unity Church, Oak Park, Illinois, 1904-06 1.33 Josef Plecnik, chiesa dello Spirito Santo, Vienna, 1910-13, cripta 1.34 Max Littmann, Istituto di anatomia dell'Università, Monaco, 1906 1.35 Robert Maillart, deposito, Zurigo, 1910

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armato, che evidenzia tutte le qualità costruttive ed estetiche del nuovo materiale. Nel 1908 la rivista "Suddeutsche Bauzeitung" commenta a proposito della costruzione: "II nuovo edificio è unico per più motivi. In primo luogo non esiste in Germania una simile costruzione, eretta in maniera così imponente, secondo criteri moderni e totalmente nuovi. La seconda ragione risiede nel fatto che il compito pratico trova soluzione grazie a idee innovative e, per ultimo, va notato che mai si era osato utilizzare il calcestruzzo come materiale costruttivo su tali dimensioni per l'architettura degli esterni. Si può affermare che l'edificio centrale è formato fondamentalmente da un blocco di calcestruzzo... Le pareti sono lisce e calme in quel grigio elegante tipico del calcestruzzo e le linee determinate dall'armatura in ferro, che anche nell'interno disegnano i cassettoni dei soffitti e la strutturazione semplice delle pareti, sono quasi l'unico ornamento". 1.38

Lo sviluppo verso un sistema portante

delle superfici Una delle costruzioni più imponenti di quest'epoca è la Jahrhunderthalle (1911-13) di Breslavia dell'architetto Max Berg, un'opera che doveva presentare tutte le novità nel campo della tecnologia costruttiva alla grande esposizione di quella città. Si tratta del primo edificio di rappresentanza di queste dimensioni, dominato dal calcestruzzo a vista tanto all'interno quanto all'esterno. I calcoli statici costituiscono un geniale risultato d'ingegneria: la cupola, con una luce di circa 65 m è, dopo quasi 1800 anni, la prima a superare quella del Pantheon di Roma.

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II sistema portante della cupola è formato da 32 costoloni appoggiati su un anello tirante costituito da un profilato d'acciaio e che terminano in alto in un anello di pressione con un'apertura di 14,40 m. La cupola è a sua volta sormontata da un lanternine» alto 5,75 m appoggiato sull'anello di pressione. La sottostruttura è formata da quattro grandi travi tridimensionali ad arco in calcestruzzo armato circolari sia in pianta sia in prospetto. All'esterno esse vengono sorrette da archi rampanti che nello stesso tempo aumentano il volume spaziale e sono uniti tra di loro tramite costole di rinforzo. Le travi ad arco sono alte 16,70 m e larghe 41,20 m. Nonostante tutta la modernità e l'audacia della costruzione, i riferimenti storici sono evidenti: nella pianta con le sue quattro absidi la Jahrhundert-halle si rifa alle chiese rinascimentali italiane di Todi e Milano, mentre la struttura portante con il sistema dei pilastri rampanti ricorda l'architettura gotica. Le citazioni di Berg relative alla monumentalità delle cattedrali medievali confermano come queste rassomiglianze non fossero casuali. Per quanto la Jahrhunderthalle di Breslavia sia un'opera straordinaria, essa non giunge tuttavia a sfruttare a pieno le possibilità costruttive di un sistema portante a piani in calcestruzzo armato, come è invece il caso dell'aviorimessa di Orly di Eugène Freyssinet, terminata tre anni più tardi. In questo capannone, a struttura piegata, le lastre portanti hanno anche una funzione statica: la costruzione segue nella sezione la forma delle linee di pressione e non distingue più tra struttura portante e pareti. Nonostante la larghezza dei montanti sia di 75 m e le altezze in sezione tra i 3 e i 5,40 m, le lastre in calcestruzzo armato sono spesse solo 9 cm, una caratteristica che consente un enorme risparmio di materiale.

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1.36-1.39 Max Berg, Jahrhunderthalle, Breslavia, 1911-13 1.36 cantiere 1.37 interno 1.38 sezione 1.39 pianta 1.40 Eugène Freyssinet, aviorimessa con l'impalcatura per la gettata di calcestruzzo trasportabile sull'asse longitudinale, Orly, 1916 1.41 Walter Bauersfeld, Dyckerhoff & Widmann, planetario, Jena, 1924-25, struttura a rete della cupola a guscio 1.42 Walter Bauersfeld, Dyckerhoff & Widmann, planetario, Jena, 1924-25, vista 1.43 Eugène Freyssinet, aviorimessa, Orly, 1916 1.43

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Le costruzioni a guscio conobbero negli anni successivi uno svilippo rivoluzionario grazie soprattutto agli esperimenti di Franz Dischinger, Walter Bauersfeld e Ulrich Finsterwalder, che lavorarono in collaborazione con la ditta Dyckerhoff & Widmann. I primi esempi sono rappresentati dalla costruzione di prova del 1922, dal capannone della ditta Schott del 1924 e dal planetario della ditta Cari Zeiss del 1925, tutti eretti a Jena. I gusci in calcestruzzo vengono armati con una struttura reticolare in ferro, precedentemente calcolata, cosicché i valori rilevati corrispondono nella maggior parte dei casi alle reali tensioni di sollecitazione. Questa struttura a rete viene poi avvolta in fasce orizzontali di calcestruzzo a getto che partono dal basso.

L'espressionismo Gli architetti dell'espressionismo riconoscono le possibilità plastiche del calcestruzzo e provano per la prima volta a plasmarlo in funzione dei loro progetti. All'inizio incontrano difficoltà di varia na-

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tura: le superfici curve della torre di Einstein di Erich Mendelsohn, costruita nel 1920 a Potsdam, comportarono problemi con le casseforme, per cui la parte superiore dell'edificio venne terminata in muratura tradizionale e poi rivestita con uno strato modellato di calcestruzzo. Dopo l'incendio del primo edificio in legno a Dornach, presso Basilea, viene eretto tra il 1925 e il 1928 il Goetheanum di Rudolf Steiner. Questa costruzione in calcestruzzo monolitica e modellata come una scultura non sarebbe altrettanto espressiva se eseguita in qualsiasi altro materiale. Il Goetheanum avrebbe dovuto, nelle intenzioni di Steiner, raffigurare "l'essenza del dar forma organica". Per realizzare questa idea fu necessario tuttavia creare un dispendioso rivestimento di tavole, senza il quale non si sarebbe potuto gettare il cemento nei tanti spigoli acuti e nelle superfici curve. Le casseforme, eseguite dal carpentiere Heinrich Liedvogel, furono realizzate con assicelle sottili, che venivano bagnate per essere piegate e poi inchiodate sulle nervature.

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II primo moderno Fino all'inizio del primo conflitto mondiale solo pochi architetti dell'avanguardia si cimentarono con il linguaggio cubistico-razionalista dell'architettura moderna. Non si tratta in ogni caso di uno stile uniforme anche a causa del persistere di forti influenze dello storicismo, del tradizionalismo e dell'Ari nouveau. Durante la guerra si costruisce poco, ma già nei primi anni postbellici, con il crollo del vecchio sistema, si instaura un clima favorevole all'elaborazione di nuove idee. È opinione diffusa tra gli architetti e i committenti dell'epoca che un nuovo ordine sociale e politico dovrebbe esprimersi anche attraverso un'architettura moderna. Gli influssi della pittura, che da impulsi considerevoli per il rinnovamento, contribuiscono in modo determinante all'affermazione del nuovo stile internazionale. Il primo moderno si interessa soprattutto a questioni di forma, di spazio, viste in relazione alle esigenze della società civile. I progetti che prevedono l'impiego del calcestruzzo armato come materiale edile vengono considerati in un primo momento di importanza secondaria rimanendo per la maggior parte irrealizzati. Ne è un esempio il progetto di Tony Garnier per la Cité industrielle, una città ideale nella valle del Rodano, destinata a ospitare 35.000 operai. In questi disegni, ideati tra il 1901 e il 1917, viene proposto un linguaggio formale che sfrutta il potenziale costruttivo del calcestruzzo armato impiegandolo in montanti, pali, sporgenze, finestre continue e pareti in vetro. Di particolare interesse è il tetto sporgente della stazione, che viene sorretto da montanti sottili a forma di fungo poiché anticipa lo sviluppo futuro. Ricca di spunti è inoltre l'idea di Garnier di utilizzare il tetto come terrazza. Le Corbusier sviluppa nel 1914 le "case Domino" costruite con elementi prefabbricati prodotti in serie. Solo i montanti, i soffitti e le scale in calcestruzzo armato sono elementi fissi, tutto il resto può essere definito in base alle esigenze degli utenti. Il progetto di un edificio per uffici a Berlino (1922) di Mies van der Rohe è rivoluzionario nella scelta d'impiegare uno scheletro in calcestruzzo armato abbinato a finestre continue, nonostante la sua struttura non richiedesse necessariamente l'impiego del calcestruzzo quale materiale costruttivo.

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1.44 Erich Mendelsohn, torre di Einstein, Osservatorio e Istituto di astrofisica, Potsdam, 1920-21 1.45 Rudolf Steiner, Goetheanum, Dornach, 1928 1.46 Erich Mendelsohn, schizzo per la torre di Einstein, Potsdam, 1920-21 1.47 Tony Garnier, Cité industrielle, quartiere abitativo, progetto 1901-17 1.48 Ludwig Mies van der Rohe, villa in campagna in calcestruzzo armato, 1923, veduta prospettica 1.49 Ludwig Mies van der Rohe, villa in campagna in mattoni, 1924, veduta prospettica 1.50 Ludwig Mies van der Rohe, progetto di un edificio per uffici in calcestruzzo armato, 1922 1.50

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Negli anni venti e trenta gli architetti influenzati dal cubismo ritenevano che l'immagine di un edificio dovesse essere determinata dalle giuste proporzioni e dalle superfici delle pareti lisce, motivo per il quale considerano secondaria la ricerca di un linguaggio formale che si adatti al tipo di costruzione e al materiale. Il progetto per una villa in campagna del 1923 di Mies van der Rohe è un esempio tipico di questa scelta. L'architetto disegna la facciata una volta in calcestruzzo armato e una volta in muratura di klinker lasciando immutati il collocamento e le proporzioni delle finestre. Gli edifici semplici e senza ornamenti di Adolf Loos e le ville puristiche di Le Corbusier nella Weißenhofsiedlung di Stoccarda, a Garches o a Poissy sono costruiti sia in muratura tradizionale sia con montanti in acciaio rivestiti. Mies van der Rohe crea per la prima volta nel padiglione tedesco dell'Esposizione di Barcellona un sistema spaziale trasparente; in questa costruzione anche il tetto è sospeso, forma tipica degli edifici in calcestruzzo armato, ed è stato probabilmente realizzato in acciaio e poi rivestito con intonaco. Nella casa Schròder di Utrecht, costruita nel 1924 su progetto di GerritThomas Rietveld, l'esempio più coerente e conosciuto del movimento olandese De Stijl, la costruzione in calcestruzzo armato viene solo simulata attraverso l'inserimento di elementi in muratura sulle facciate e di balconi sporgenti. Lovell Beach House è invece un edificio in calcestruzzo armato lasciato a vista, eretto nel 1926 dall'austriaco Rudolf Schindler sulla costa californiana. L'architetto aveva lavorato presso lo studio di Frank Lloyd Wright. Nella colonia per le vacanze El Pueblo Ribera (1923-25), Schindler sperimenta il procedimento slab-cast, che egli stesso aveva inventato. Tale procedimento prevede una cassaforma composta da due tavole orizzontali alte 16 pollici, rivestite all'interno con cartone catramato, che può essere spostata lungo listelli guida verticali. Il cartone viene fissato con listelli orizzontali di forma triangolare. Sulla parete resta a vista la scanalatura tra un blocco e l'altro.

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Frank Lloyd Wright Solo negli anni trenta gli architetti del movimento moderno iniziano a considerare elementi di primaria importanza le caratteristiche tipiche del calcestruzzo come materiale edile. Diversi edifici costruiti da Frank Lloyd Wright dimostrano in modo suggestivo le differenti possibilità offerte dal materiale. Nel 1930 egli scrive a tale proposito: "Non è facile trovare alte qualità estetiche in questo materiale, poiché in fondo si tratta solo di una miscela (...) Il risultato è nel migliore dei casi una pietra artificiale, e nel peggiore un mucchio di sabbia pietrificata. Per lo spirito creativo rappresenta senza dubbio una tentazione. La tentazione di salvaguardare un materiale dignitoso dagli abusi (...) Perché il calcestruzzo è un materiale plastico al quale non è ancora stata data l'occasione di assumere la forma adatta al suo carattere". Nel 1939 viene terminata la casa Kaufmann presso Mill Run in Pennsylvania, nota anche, per la sua posizione, come "casa sulla cascata",' che diventa uno degli edifici in calcestruzzo più caratteristici dell'architettura moderna, benché le sue pareti siano costruite in muratura. Determinanti sono invece le lastre in calcestruzzo armato che sporgono da tutti i lati: esse utilizzano le possibilità costruttive del materiale in maniera radicale e riescono a porre in relazione lo spazio abitativo con la natura circostante. Dello stesso anno è il palazzo per uffici della Johnson Wax Company a Racine, Wisconsin. In questa costruzione tutta orientata verso l'interno, Wright articola la sala per ufficio con montanti isolati a forma di fungo in cemento armato che sostengono dei lucernari anziché un soffitto massiccio. In altri spazi si trovano gli stessi funghi posizionati sotto i soffitti in calcestruzzo armato. Un altro tipico esempio dell'impiego del calcestruzzo armato, anche se di tutt'altro genere, è il museo Solomon Guggenheim a New York. Frank Lloyd Wright lo disegna già nella metà degli anni quaranta ma può realizzarlo solo alla fine degli anni cinquanta. Il corpo della costruzione a spirale, che richiama la forma di un imbuto, non avrebbe potuto essere realizzato con nessun altro materiale diverso dal calcestruzzo armato.

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1.51 Ludwig Mies van der Rohe, padiglione tedesco all'Esposizione dì Barcellona, 1928-29 1.52 Gerrit Thomas Rietveld, casa Schròder, Utrecht, 1924 1.53 Rudolph M. Schindler, Lovell Beach House, Newport Beach, California, 1925 1.54 Rudolph M. Schindler, colonia di vacanze El Pueblo Ribera, La Jolla, California, 1925 1.55 Frank Lloyd Wright, Casa sulla cascata, Mill Run, Pennsylvania, 1935-39 1.56 Frank Lloyd Wright, palazzo per uffici della Johnson Wax Company, Racine, Wisconsin, 1936-39

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Le Corbusier Un personaggio chiave per le costruzioni in calcestruzzo armato è Le Corbusier. Nella sua opera avviene una svolta radicale verso il 1930. Fino a quella data le pareti di quasi tutti i suoi edifici sono intonacate e dipinte di bianco. Nel padiglione svizzero della Cité universitaire di Parigi,

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egli rinuncia per la prima volta a un rivestimento onnicoprente e lascia il calcestruzzo totalmente privo di trattamento cosicché resta a vista persino la struttura delle casseforme. Le Corbusier acquisisce una conoscenza approfondita del calcestruzzo, che diventa il materiale più importante per le sue costruzioni, presso lo studio di Auguste Perret dove lavora negli anni 1908-09. In quasi tutti gli edifici eretti dopo il 1930, l'architetto sfrutta le possibilità plastiche del calcestruzzo. Ne sono un esempio le forme ombrose e ampie dei brise-soleil del grattacielo La Cité

d'Affaires di Algeri (1939), o più tardi i complessi abitativi che includono centinaia di alloggi in modo fantasioso e mai monotono. La prima e anche la più conosciuta di queste costruzioni sorge a Marsiglia tra il 1945 e il 1953. La linea tipica delle costruzioni in calcestruzzo trova espressione nei massicci pilotis e in un sistema portante in calcestruzzo armato e acciaio. I brise-soleil della facciata combinati a logge e parapetti - in parte prefabbricati e in parte costruiti in sito - conferiscono all'edificio una plasticità monumentale. Infine Le Corbusier sfrutta anche le potenzialità del calcestruzzo colato posizionando per motivi decorativi delle figure in negativo e in positivo nelle casseforme. Le sovrastrutture bizzarre sul 1.59

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tetto sono esempi significativi del libero trattamento formale del materiale. I volumi scultorei della cappella di pellegrinaggio di Notre-Damedu-Haut a Ronchamp (1950-54) si allontanano nettamente dallo stile internazionale, una scelta questa che provoca a Le Corbusier addirittura l'accusa di populismo da parte di alcuni sostenitori ortodossi del moderno. La libera plasticità della chiesa con i suoi volumi irregolari è stata realizzata con una armatura in calcestruzzo, riempita con pietre di cava. L'esterno viene definito dai due robusti lastroni in calcestruzzo curvati plasticamente che formano il tetto della chiesa e dal massiccio campanile sporgente. Le aperture irregolari nelle pareti interne ed esterne e le superfici delle facciate imbiancate e coperte con malta liquida di cemento sembrano poco condizionate dal tipo di costruzione e dal materiale. La curvatura irregolare del tetto potè essere realizzata solo tramite delle càsseforme molto dispendiose.

1.62

1.63

Le Corbusier sceglie invece una forma adatta al calcestruzzo per un altro edificio religioso eretto in questo periodo e terminato nel 1960: il noviziato dei domenicani La Tourette di Eveux presso Lione. Addossato a una collina, l'edificio quadrato e apparentemente regolare possiede un cortile interno che suggerisce immediatamente l'idea di un rigoroso isolamento ma che, osservato più attentamente, risulta temperato dalla leggera inclinazione delle pareti esterne e da elementi formali aggiunti a scopo puramente estetico. La Tourette mostra la predilezione di Le Corbusier per il ruvido e il crudo: il beton brut (cemento a vista). L'edificio prende vita grazie ai giochi di luce: con il sole sembra essere ricco di contrasti e luminoso, mentre con la pioggia è scuro e quasi malinconico.

1.57 Le Corbusier, villa Savoie, Poissy, 1929 1.58 Le Corbusier, cappella di pellegrinaggio, Ronchamp, 1954 1.59 Le Corbusier, unità abitativa, Firminy-Vert, 1962-68 1.60 Le Corbusier, schizzo per la casa Citrohan, progetto del 1921 1.61 Le Corbusier, il "sistema Domino", progetto del 1914 1.62 Le Corbusier, schizzi per il confronto tra strutture edili convenzionali e moderne, 1929 1.63 Le Corbusier, convento La Tourette, Eveux, 1957 1.64 Le Corbusier, LaTourette, Eveux, 1957, veduta dell'interno della cappella

1.64

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Costruzioni a guscio A partire dagli anni trenta le costruzioni a guscio in calcestruzzo armato permettono di creare spazi senza appoggi intermedi, di dimensioni particolarmente grandi e di forme fino ad allora sconosciute. Questi gusci sono costituiti da superfici curve che, non tollerando carichi sui singoli punti, escludono anche la presenza di strutture aggiuntive. La scelta del materiale e la struttura architettonica determinano di conseguenza la forma geometrica visibile tanto all'esterno quanto all'interno. Il contributo dell'ingegnere Eduardo Torroja risulta determinante per l'evoluzione di questo tipo di costruzioni. La sua cupola a guscio per il mercato coperto di Algeciras, la tribuna dell'ippodromo La Zarzuela (1935) e il palazzetto dello sport a Madrid valgono alla nuova concezione edilizia il riconoscimento generale. In occasione dell'esposizione nazionale svizzera del 1939, Robert Maillart costruisce la cosiddetta "Zementhalle", un guscio a botte dalla forma singolare e suggestiva, alto 11,7 m e spesso solo 6 cm. Dopo varie prove di carico, che confermarono l'elevata stabilità della costruzione, il padiglione filigranato fu abbattuto, come era stato programmato.

1.65

La chiesa di Santa Maria Miraculosa di Città di Messico (1955-57) è del tutto originale: paraboloidi iperbolici coprono lo spazio interno con membrane leggerissime. I progetti sono dell'ingegnere spagnolo Felix Candela e dell'architetto Enrique de la Mora che scelgono qui di utilizzare il calcestruzzo armato per realizzare le loro idee più audaci e dimostrano così nuove e insospettate capacità del materiale. Candela concepisce i gusci non solo grazie alle sue conoscenze costruttive e statiche, ma anche grazie a un intuito straordinario. Nel 1958 costruisce insieme ai fratelli Joaqufn e Fernando Alvarez Ordonez il ristorante Mantiales di Xochimilcho, divenuto celebre per la straordinaria forma a fiore di otto petali realizzata tramite gusci parabolici di calcestruzzo armato.

1.67 1.66

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Pier Luigi Nervi L'architetto e ingegnere Pier Luigi Nervi elabora un linguaggio formale del tutto indipendente. Egli sfrutta in modo completo il potenziale plastico del calcestruzzo plasmandolo a espressioni fino ad allora sconosciute. Per Nervi il sistema portante è l'elemento formale più importante della costruzione. Nel 1935 disegna un'aviorimessa larga circa 40 m, nella quale un arco attraversa 2 liberamente una superficie di 400 m , che viene realizzata nel 1936 a Orvieto e poi in altre città. La semplice struttura di travi a vista che si incrociano diagonalmente (il carico sulle travi laterali è alleggerito) è retta solo da sei montanti. La semplicità della costruzione produce un effetto particolarmente espressivo. Uno dei lavori più incisivi di Pier Luigi Nervi è il Palazzetto dello Sport di Roma, realizzato nel 1957. La costruzione, relativamente bassa e coperta da una cupola, possiede una complicata struttura a costoloni in ferrocemento, una variante del calcestruzzo armato ideata dallo stesso Nervi, che viene realizzata sul posto con piccole casseforme trasportabili e utilizzabili più volte.

1.68

Come ingegnere e architetto Pier Luigi Nervi riesce a intraprendere strade completamente originali nella progettazione di costruzioni in calcestruzzo armato. Per la copertura dei capannoni non impiega più un grande sistema portante, ma utilizza a tale scopo una pluralità di elementi che seguono esattamente il tracciato delle forze. Le componenti esili e precise necessarie per la realizzazione sono prefabbricate. Le costruzioni, che appaiono eleganti e leggere, offrono sorprendenti effetti spaziali. Nervi non utilizza un sistema statico innovativo, ma lascia trionfare il talento creativo spingendosi alla ricerca di nuove forme nell'architettura sviluppandone i mezzi tecnici idonei a realizzarle.

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1.65 Robert Maillart, "Zementhalle", Zurigo, 1939 1.66 e 1.67 Felix Candela, ristorante Mantiales, Xochimilcho, Messico, 1958 1.68 Pier Luigi Nervi, aviorimessa, 1939, cantiere 1.69 Pier Luigi Nervi, Palazzetto dello Sport, Roma, 1957 1.70 Pier Luigi Nervi, Palazzetto dello Sport, Roma, 1957, veduta interna della costruzione del soffitto a costoloni

1.70

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Esempi architettonici del moderno

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1.72

II primo moderno degli anni venti e trenta non trova pieno riconoscimento né presso la maggior parte degli architetti né della società e rimane un'espressione elitaria e di avanguardia. Le nuove case, composte da elementi semplificati fino alle forme più semplici del rettangolo, suscitano definizioni ironiche da parte di critica e pubblico che spesso non vedono in esse nient'altro che cubi e cassoni in calcestruzzo. Gli edifici moderni vengono spesso sottovalutati poiché li si ritiene di facile imitazione a causa della loro apparente semplicità formale. È importante non limitarsi a interpretare tale critica un semplice fenomeno concomitante e privo d'importanza di un nuovo movimento architettonico poiché, se è vero che ogni aspirazione innovativa stimola spesso la propria caricatura, in questo caso essa genera un effetto profondo che associa al calcestruzzo uno strano e duraturo giudizio negativo, provocato sicuramente anche dalle storicamente note incapacità costruttive dell'inizio del moderno. Dopo la seconda guerra mondiale cadono anche quelle barriere politiche che avevano ostacolato la diffusione dello stile moderno, che può finalmente attecchire in tutta l'Europa. L'influenza di Le Corbusier determina in particolare il ritorno verso un impiego "onesto" del materiale. Il calcestruzzo e soprattutto il calcestruzzo a vista ruvido delle casseforme, a cui Le Corbusier concede la dignità di "un volto coperto di rughe", diventa un materiale costruttivo di massa. Il suo impiego tende sempre più a sfruttarne le peculiarità costruttive. Si apprezza la possibilità di costruire in forme libere e in un "solo getto" unendo pareti e soffitti senza giunture. Altrettanto positivo è ritenuto il fatto che le superfici non richiedono un secondo trattamento. Inoltre, viene tenuto in considerazione un fattore economico che spinge a costruire utilizzando questo materiale vantaggioso a confronto di altri. Contemporaneamente si deve ricordare la varietà di forme resa possibile anche in sistemi portanti con campate larghe che vanno dalle superfici semplici o oblique fino ai gusci curvati, dalle volte pesanti alle centinature sottilissime e dalle ruvide masse a roccia agli scheletri snelli. Tuttavia la sopravvalutazione della forma conduce spesso a imitazioni i cui risultati sono talvolta pessimi. Il quartiere Halen presso Berna, costruito dall'Atelier 5 tra il 1955 e il 1961, è una rigida concentrazione di villini unifamiliari. Grazie alla sua posizione collinare, esso assume un carattere esemplare per l'urbanistica e l'architettura dell'epoca. Gli architetti riescono qui a sviluppare i princìpi di Le Corbusier relativi all'edilizia di massa adeguandoli a esigenze costruttive d'alto livello. Anche Louis Kahn subisce l'influsso di Le Corbusier e costruisce quasi esclusivamente in calcestruzzo poiché è sua opinione che le costru- .

1.73

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zioni in acciaio non consentivano di realizzare vere pareti e veri montanti e nascondevano spesso la stessa struttura portante dietro i necessari rivestimenti antincendio. L'istituto Jonas Salk di La Jolla in California (1959-65) mostra quasi solo calcestruzzo a vista sia sulle superfici interne sia su quelle esterne; Kahn le rende più lisce possibili e in questo si distingue da Le Corbusier, il quale si sforza, al contrario, di dar loro un aspetto ruvido, quasi rustico, utilizzando tavole d'armamento particolari. Kahn articola i piani impiegando un retino di scanalature che mostra i congiungimenti delle singole tavole. Anche i buchi di collegamento murario, disposti secondo un accurato disegno, sono lasciati per la prima volta a vista; un motivo ritornato oggi di grande attualità attraverso l'opera di Tadao Andò. Nelle costruzioni a guscio le tradizionali semplici forme geometriche si trasformano. I tetti moderni esprimono una concezione dinamica espressiva che corrisponde al gusto di una nuova generazione di architetti. Tra questi va ricordato Eero Saarinen che realizza per la prima volta le sue idee nel tetto dello stadio per hockey su ghiaccio di Yale. Nel terminal della TWA dell'aeroporto John F. Kennedy di New York (1956-62) riunisce con maggior vigore rispetto allo stadio di Yale le esigenze funzionali di un terminal con un esperimento formale: il risultato è una costruzione futuristica che sembra superare la forza di gravita diventando così l'espressione simbolica del volo. L'idea ben si adatta alla forma di un terminal in un'epoca in cui il traffico aereo non apparteneva ancora alla quotidianità.

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L'Opera House di Sydney fu realizzata tra il 1956 e il 1975 da Jorn Utzon in collaborazione con Ove Arup. La costruzione si basa sul progetto

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1.71 Paul Rudolph, casa di Arthur W. Milan, Jacksonville, Florida, 1960-62 1.72 Arthur Erikson, Museo antropologico, Vancouver, 1971-77 1.73 Louis Kahn, Istituto Jonas Salk, La Jolla, California, 1959-65 1.74 J0rn Utzon, Opera House, Sydney, 1956-75, particolari di un costolone dell'arco e di elementi in calcestruzzo prefabbricato 1.75 Eero Saarinen, Terminal TWA, New York, 1956-62 1.76 Kenzo Tange, Stadio olimpico, Tokyo, 1964 1.77 Jorn Utzon, Opera House, Sydney, 1956-75, cantiere 1.78 Jorn Utzon, Opera House, Sydney, 1956-75 1.78

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dell'architetto danese premiato al concorso, che prevedeva una copertura delle due sale da concerto e degli spazi adiacenti costituita da una serie di bianchi gusci in calcestruzzo armato intrecciati tra loro. Questi gusci, che dovevano conferire all'opera la forma caratteristica di un galeone con le vele gonfiate dal vento, furono realizzati solo in seguito a numerose prove e a dispendiose sperimentazioni statiche e di tecnologia delle costruzioni. Gli architetti e gli ingegneri si dovettero occupare della complicata struttura geometrica per parecchi anni, prima di trovare la soluzione che rese possibile produrre con la stessa scala dei moduli prefabbricati in calcestruzzo armato, segmenti delle volte con una curvatura variabile. Per la realizzazione dei gusci in calcestruzzo fu infine estratto un segmento triangolare da una sfera, del quale furono utilizzate le superfici curve e di forma regolare. Anche se non prevista dal progetto originale, fu necessaria una sottostruttura portante per i gusci che purtroppo penalizza gli spazi interni. Nonostante i lunghi tempi di realizzazione e tutti i compromessi raggiunti, l'Opera House di Sydney con le sue volte luminose rivestite di piastrelle bianche simili a vele rappresenta una costruzione unica nel suo genere divenuta il simbolo di tutto un continente.

1.79

Anche il giapponese Kenzo Tange, in collaborazione con Y. Tsubui, adotta le forme inarcate tipiche nell'uso del calcestruzzo per i suoi palazzetti olimpici di Tokyo (1964). Tange è convinto "che solo il bello possa essere funzionale" e scende più volte in polemica contro "la noia dello stile internazionale". Il Giappone infatti si avvicina al moderno in modo molto meno prevenuto rispetto all'Occidente e lancia in questi anni impulsi ben accolti dall'architettura europea. In Canada Arthur Erikson apporta un contributo decisivo allo sviluppo dell'architettura in calcestruzzo, rifacendosi a Le Corbusier, Louis Kahn e Paul Rudolph. I suoi progetti monumentali prevedono un utilizzo quasi esclusivo di calcestruzzo a vista. Molto interessante è l'Università Simon Fraser di Vancouver, un edificio che per la sua modernità assume una posizione chiave nell'opera di Erikson. Tra le altre costruzioni importanti dell'architetto vanno ricordati, sempre a Vancouver, il Museo antropologico e il Palazzo di giustizia. In Germania il calcestruzzo a vista è l'elemento caratteristico dell'architettura degli anni cinquanta e sessanta. Molti edifici dell'epoca si richiamano a modelli internazionali. In questo contesto Gottfried Bòhm è uno degli architetti che giunge a sviluppare uno stile completamente personale. Nelle sue opere espressionistiche egli sfrutta abilmente il potenziale plastico del materiale monolitico. Il santuario di Neviges, portato a termine nel 1968, rappresenta il culmine della sua produzione. L'edificio sacro, che si erge come una montagna corrugata dalle forme cristalline, costituisce insieme alle costruzioni di servizio quali negozi, ristoranti e sale di ritrovo un vero e pro-

1.80

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prio complesso abitativo in grado di soddisfare le esigenze anche dei gruppi più numerosi di pellegrini e visitatori. Lo spazio riservato al culto si presenta disadorno e impressiona per i suoi volumi slanciati verso l'alto, mentre le vetrate variopinte sono in vivace contrasto con l'essenzialità dell'interno. Quasi contemporaneamente, Bòhm progetta il municipio di Bensberg i cui volumi riflettono una concezione plastico-spaziale. L'architetto riesce ad armonizzare a un contesto storico posto sotto tutela il suo moderno edificio per uffici. L'esile struttura in calcestruzzo crea con il castello una composizione interessante: le due torri e l'abbinamento ricco di tensione tra antico e nuovo formano un insieme riuscito. A Dachau, nell'ex campo di concentramento, Helmut Striffler edifica tra il 1965 e il 1967 la chiesa protestante della Conciliazione. Il carattere discreto e riservato di questo monumento interrato intende esprimere lo spirito di conciliazione e di redenzione. Il terreno antistante alla chiesa è un arido deserto di pietre che vuole rievocare le pene vissute e gli orrori perpetrati in questo luogo sotto il regime nazionalsocialista.

1.81

Nel 1970 Peter Neufert realizza a Frechen, in collaborazione con Stefan Polónyi, il Keramion, una galleria per l'esposizione della ceramica moderna costituita da una membrana a guscio doppiamente ricurva spessa solo 8 cm, molto sporgente e del diametro di 32 m. Il piano del tetto, la cui parte centrale a forma di calice che sembra appoggiata sopra, è precompresso. Esso segue la distribuzione delle forze, così come le cinque colonne imbutiformi le cui fondamenta sono profonde 8 m. La facciata di forma circolare, alta 5 m, è composta da pannelli di vetro verticali uniti l'uno all'altro senza cornici. Una scelta che permette all'edificio di fondersi con il suo contenuto e di raggiungere un'unità architettonica molto interessante. 1.82

1.79 1.80 1.81 1.82

Gottfried Bòhm, municipio, Bensberg, 1968 Gottfried Bòhm, santuario, Neviges, 1968, particolare Atelier 5, quartiere Halen, Berna, 1961 Helmut Striffler, chiesa della Conciliazione, campo di concentramento di Dachau, 1965-67 1.83 Peter Neufert, Stefan Polónyi, Keramion, Frechen, 1970

1.83

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Tardo e postmoderno Negli anni cinquanta e sessanta lo stile internazionale si diffonde ovunque, diventando l'espressione dell'architettura per antonomasia. Non deve rivaleggiare con altri movimenti di rilievo per quanto riguarda i concetti formali né con interpretazioni autorevoli rispetto alla correlazione di funzione, costruzione e forma. Architettura e funzionalismo diventano termini praticamente sinonimi. Alla fine degli anni sessanta, tuttavia, prende vigore la critica a una concezione architettonica stereotipata e a soluzioni sempre uguali tra loro.

1.84

L'architetto italiano Carlo Scarpa è un individualista e la sua opera si colloca al di fuori di ogni corrente stilistica del tempo. Egli ignora deliberatamente il sobrio funzionalismo dell'epoca a favore di un'espressione semantica e parabolica. Il suo linguaggio formale, vario e ricco di fantasia, manifesta spesso un contenuto simbolico. Il calcestruzzo è tra i materiali più frequentemente utilizzati nelle sue creazioni. Uno dei capolavori di Scarpa è il cimitero della famiglia Brion a San Vito d'Altivole (Treviso). L'architetto utilizza qui magistralmente le possibilità formali del materiale e crea una delle opere più intense mai realizzate in calcestruzzo. Addossato al vecchio cimitero del paese, l'impianto, nella cui forma domina l'angolo retto, ricopre una superficie di circa 2000 m2 ed è costituito fondamentalmente da cinque elementi: il portone coperto, la cappella con l'adiacente chiostro, l'arco della tomba con i due sarcofaghi dei committenti, il monumento funebre dei membri della famiglia e il padiglione per la meditazione situato in un bacino d'acqua. Interessanti sono le superfici non intonacate su cui sono a vista le tracce delle casseforme che, come pietre naturali, vengono sagomate con il processo di degradazione provocato dagli agenti atmosferici. Negli anni sessanta e settanta si sviluppa nel Canton Ticino una corrente architettonica che si ribella al funzionalismo anche se in parte si richiama alle forme e ai concetti del primo moderno. Una normativa edilizia relativamente più flessibile ed esigenze minori di isolamento termico, almeno rispetto alle regioni nordiche, favoriscono la creazione di edifici insoliti che spesso contrastano in modo voluto con le costruzioni circostanti. Calcestruzzo a vista e pietre di cemento sono i materiali costruttivi prediletti dagli architetti Luigi Snozzi, Dolf Schnebli e Aurelio Galfetti. Mario Botta, l'esponente più famoso degli architetti ticinesi, ha subito l'influsso del suo maestro Carlo Scarpa e della collaborazione con Le Corbusier e Louis Kahn, dai quali mutua la preferenza per il calcestruzzo come materiale costruttivo. Frequenti nelle sue opere sono, inoltre, i richiami a elementi formali tipici di questi architetti. Tra il 1972 e il 1977 Botta realizza la scuola di Morbio Inferiore, un edificio lungo, a due e tre piani che, per la sua forma composta da una serie di elementi ripetuti, diventa un fattore di ordinamento artificiale del paesaggio.

1.85

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La scuola, costruita in calcestruzzo a vista, offre all'interno un'insospettata varietà di ambienti e di vedute. La progettazione e la realizzazione di numerose case unifamiliari valgono a Botta il riconoscimento della comunità internazionale. La prima di queste abitazioni è del 1966 e reinterpreta le ville di Le Corbusier attraverso superfici in calcestruzzo a vista che conservano le tracce delle casseforme. Le ville realizzate in seguito si distinguono da un contesto architettonico per lo più banale, caratterizzato nel corso degli anni da un crescente formalismo, e in esse vengono utilizzate pietre di calcestruzzo non intonacate, materiali che rievocavano la tipica muratura ticinese in granito ruvido di cava. Nella sua abitazione rettangolare di Ligornetto (1976), Botta riprende nella facciata il motivo delle strisce brune e bianche, spesso ricorrente nelle tradizionali costruzioni ticinesi, utilizzando in parte pietre tinte. Un altro esponente dell'architettura ticinese è Luigi Snozzi. Nel 1984 costruisce a Monte Ca-rasso una palestra in calcestruzzo a vista che si inserisce in modo delicato nel contesto del paese. Egli scrive a tal proposito: "II calcestruzzo a vista assume una funzione dialettica nei confronti dell'architettura già esistente ed è allo stesso tempo un materiale che unisce e supera i muri di cinta dell'impianto. Il materiale nuovo consente il dialogo con le vecchie pareti e con gli intonachi slavati senza tuttavia interpretare forme e materiali originali in maniera nostalgica". Lo studio architettonico barcellonese "Taller de Arquitectura" di Ricardo Bofill si discosta totalmente nelle sue creazioni in calcestruzzo dallo stile moderno. Questi edifici hanno committenti per lo più spagnoli e francesi e rappresentano un singolare genere di case popolari. Le forme storicizzanti e le dimensioni gigantesche delle facciate vogliono dimostrare che le case popolari non devono necessariamente essere costituite da monotone file di costruzioni. Nonostante ciò questi edifici sono contrassegnati da un marcato formalismo poco conciliabile con le piante moderne. I progetti postmoderni di Bofill, in particolare quelli relativi ai quartieri residenziali realizzati in Francia, sono costituiti da assi di edifici grandiosi e sovradimensionati, nei quali gli uomini si perdono, sottolineando così ancor più la loro scala titanica.

1.86

1.87

Tra il 1975 e il 1982 sorge nella città satellite parigina di Saint-Quentin-en-Yvelines, a pochi chilometri da Versailles, un quartiere abitativo costituito da circa quattrocento appartamenti che si ispira appunto al castello. La "Versailles dei po-

1.84 Josep Lluis Sert, museo Mirò, Barcellona, 1972-75 1.85 Carlo Scarpa, cimitero Brion, San Vita d'Altivole, Treviso, 1970-72 1.86 Mario Botta, scuola, Morbio Inferiore, 1972-77 1.87 Mario Botta, casa unifamiliare, Ligornetto, 1975-76 1.88 Ricardo Bofill, quartiere residenziale Les Aroades du Lac, Saint-Quentin-en-Yvelines, 1975-82

1.88

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veri" è priva di negozi e di spazi collettivi. Nelle intenzioni dell'architetto la strutturazione dello spazio doveva creare simboli e sviluppare un nuovo linguaggio formale. Le colonne, le cornici e gli architravi, tinti in giallo-rosa, sono costruiti con "pietre naturali" fatte di calcestruzzo prefabbricato che vengono poi poste in opera.

Lo strutturalismo olandese

1.89

Nel 1966 l'olandese Herman Hertzberger progetta il palazzo per uffici della società di assicurazioni Centraal Beheer di Apeldoorn che viene realizzato tra il 1970 e il 1973 e che si ispira fortemente all'orfanotrofio di Aldo van Eyck ad Amsterdam. Il complesso è composto da cubi a pianta quadrata che possono essere combinati sia in senso verticale sia orizzontale. L'edificio non è strutturato in modo gerarchico ed è ampliabile in qualsiasi direzione in conformità con la concezione democratica che ne ha guidato la costruzione. Il complesso rappresenta una città a sé, con piazze, vie e strade dove ogni lavoratore, diversamente da quanto avviene nei soliti uffici a grande densità, si ritaglia un'isola privata che può organizzare secondo le proprie esigenze. Inoltre, ovunque a ognuno è garantito il contatto visivo e acustico con i colleghi. La flessibilità è resa possibile dall'uso di uno scheletro in calcestruzzo armato come struttura portante, riempito con pietre di calcestruzzo non intonacate sia all'esterno sia all'interno. La minuta trama delle pietre grezze consente a Hertzberger di applicare le idee dello strutturalismo anche nei particolari ed egli crea una superficie vivace e neutra allo stesso tempo. La pietra grezza a vista è la caratteristica più incisiva dell'architettura di Hertzberger che la impiega nelle sue abitazioni, nelle scuole e negli asili, ma anche nel foyer e nella sala da concerti del centro musicale Vredenburg di Utrecht (1978).

Costruzioni con elementi prefabbricati in calcestruzzo armato A partire dagli anni cinquanta si costruisce utilizzando sempre più elementi prefabbricati in calcestruzzo armato, prodotti su vasta scala. Nei paesi dell'ex blocco sovietico essi trovano una

1.91 1.90

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rapida diffusione e ben presto sorgono i primi quartieri interamente costruiti con lastre. Ma anche nell'Europa occidentale cresce l'uso di elementi prefabbricati in calcestruzzo: mentre ad esempio nei Paesi Bassi essi trovano un utilizzo soprattutto nel campo dell'edilizia abitativa, nella Germania occidentale si sfruttano prevalentemente per edifici industriali o per uffici. Nel 1967 le poste tedesche di Monaco progettano e costruiscono un capannone a volte di 20.000 m2 impiegando solo elementi prefabbricati: esso rappresenta per l'epoca il più grande capannone al mondo di questo genere. La costruzione, che ha una lunghezza di 124 m e un'altezza di 27,30 m, è formata da due archi frontali a tre sezioni e da 24 archi normali composti da due elementi spessi 8,5 cm e pesanti 3,81, inclinati l'uno verso l'altro. Tutti i 1584 elementi prefabbricati degli archi hanno le stesse dimensioni.

1.94

sezione trasversale

sezione longitudinale

1.92

punto della costoia

punto de! fossato

1.93 1.95

da 1.89 a 1.91 Herman Hertzberger, edificio per uffici, Centraal Beheer, Apeldoorn, 1970-73 1.90 veduta parziale degli interni 1.91 schizzo schematico dell'intera struttura 1.92 Helmut Bomhard, capannone per i pacchi postali, Monaco, 1967, sezione longitudinale e trasversale del sistema portante ad archi 1.93 Helmut Bomhard, capannone per i pacchi postali, Monaco 1967, sezione trasversale di un arco normale 1.94 Otto Steidle, complesso abitativo di Genter StraBe, Monaco, 1969-75 1.95 Enric Miralles, Carme Pinós, impianto olimpico per il tiro con l'arco, Barcellona, 1992 1.96 Vittorio Gregotti, scuola, Palermo, 1989 1.96

39



L'estetica dell'edificio è definita tanto negli interni quanto negli esterni dalla sua struttura chiara e aperta. Nella Genter Straße di Monaco, Otto Steidle costruisce tra il 1969 e il 1975 una serie di abitazioni la cui struttura è costituita da elementi prefabbricati in calcestruzzo armato componibili come un gioco di costruzioni. Le mensole di supporto sovrapposte rimangono a vista dappertutto, anche se vengono utilizzate solo in alcuni punti, motivo per il quale assumono un carattere quasi esclusivamente ornamentale. Alla rigida struttura primaria fa da contrappunto l'estrema flessibilità nella finltura, in grado di rispondere alle esigenze individuali. Quest'architettura si pone in netto contrasto con quella dello spagnolo Ricardo Bofill. I suoi edifici neoclassici costruiti con lastre possiedono una struttura fissa che non lascia agli abitanti alcuna possibilità di agire sugli spazi.

1.97

Gottfried Böhm progetta l'edificio per uffici della Zublin AG a Stoccarda dimostrando grande fantasia costruttiva e formale. La forma di questo palazzo, terminato nel 1986 e destinato ad accogliere 700 lavoratori, è fortemente influenzata dal postmoderno. I suoi elementi colorati di rosso e dalle forme plastiche confermano le grandi possibilità formali rese possibili dall'utilizzo di elementi prefabbricati in calcestruzzo armato (vedi p. 244 e segg.). Eckhard Gerber dimostra con il grattacielo Harenberg a Dortmund (pp. 252-53) una potenzialità espressiva di tutt'altro genere sempre relativa a un edificio costruito con elementi prefabbricati in calcestruzzo armato. In conformità al concetto di moderno, le facciate sono costruite con elementi prefabbricati lisci di colore grigio chiaro che ricordano a prima vista lastre in pietra naturale.

1.98

1.100 1.99

40



Il presente Negli anni cinquanta e sessanta il calcestruzzo diventa un materiale costruttivo di massa utilizzato volentieri dagli architetti. Superata l'epoca del funzionalismo, esso viene trascurato e viene ripreso in considerazione solo ai nostri giorni, senza alcun pregiudizio, al pari di qualunque altro materiale edile, Determinate costruzioni possono essere realizzabili esclusivamente in calcestruzzo. Il californiano Frank O. Gehry, ad esempio, lo impiega per le sue strutture irregolari e di grande plasticità, tra le quali il museo Vitra-Design di Weil am Rhein. Con questo materiale gli architetti Zaha Hadid, Gunter Domenig e Daniel Libeskind, seguaci del decostruttivismo, riescono a realizzare in modo ottimale le loro sculture spaziali di forte espressività e prive di ogni ordinamento. Con la sua ultima opera, lo stabilimento per la B. Braun AG a Melsungen (1989-92), anche James Stirling si inserisce in questa corrente architettonica: insieme a Michael Wilford e a Walter Nàgeli, egli progetta il complesso architettonico come una piccola città con ponti, vie, case e torri. Forme angolari contrastano con forme rotonde, linee e curve si intrecciano, grandi superfici chiuse si contrappongono a sezioni aperte offrendo viste sul paesaggio circostante che, in questo modo, viene allo stesso tempo delimitato e incluso. Per la costruzione dell'impianto si utilizza quasi esclusivamente il calcestruzzo, le cui superfici vengono in parte trattate.

Accanto al postmoderno che va lentamente esaurendosi e alla corrente significativa ma di moda del decostruttivismo, esiste una terza possibilità espressiva, il moderno. Sono in effetti gli architetti che si collocano all'interno della sua tradizione a elaborare oggi le idee più interessanti. Personalità tanto diverse tra loro come Richard Meier e Norman Foster impiegano il calcestruzzo in modo che si potrebbe definire disinvolto. Si deve probabilmente al giapponese Tadao Andò la rivalutazione su piano mondiale del calcestruzzo a vista. La formazione delle superfici nelle sue costruzioni, riservate e sobrie, possiede una perfezione rara (pp.186-87, 210 e segg.). Va ricordato inoltre lo spagnolo trasferitosi a Zurigo Santiago Calatrava che, nei suoi edifici in calcestruzzo, giunge a coniugare in perfetta simbiosi architettura e ingegneria (pp. 234-35).

1.97

Frank 0. Gehry, Museo delle sedie, Weil am Rhein, 1989 1.98 Christian de Porzamparc, Cité de la Musique, Parigi, 1992 1.99 James Stirling, palazzo per uffici della Braun AG, Melsungen, 1992 1.100 Gunter Domenig, "Das Steinhaus", Steindorf, 1986, sezione 1.101 Richard Meier, palazzo municipale, Ulma, 1993

1.101

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Parte 2 • Fondamenti Friedbert Kind-Barkauskas • Jörg Brandt

II calcestruzzo come materiale da costruzione La composizione del calcestruzzo I tipi di calcestruzzo Le caratteristiche del calcestruzzo Tipi di calcestruzzo con caratteristiche particolari II calcestruzzo per elementi costruttivi esterni L'armatura Muratura in pietre di calcestruzzo L'utilizzo

La superficie del calcestruzzo

Princìpi formali I componenti del calcestruzzo La ripercussione della cassaforma Possibilità di lavorazione della superficie Utilizzo di stratificazioni Influenze atmosferiche

Fisica tecnica Generalità Richieste di base Condizioni climatiche degli spazi Risparmio energetico, isolamento termico Protezione dai rumori, isolamento acustico Comportamento al fuoco, protezione antincendio Esigenze fisiche della costruzione Proprietà delle parti costruttive

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Il calcestruzzo come materiale da costruzione Friedbert Kind-Barkauskas

La composizione del calcestruzzo II calcestruzzo si ottiene mescolando forzatamente in una betoniera cemento, acqua e aggregati ed, eventualmente, anche con additivi di calcestruzzo. Il tempo di mescolamento dipende dal tipo d'impianto e, in genere, è inferiore al minuto. In base al tipo di composizione è possibile ottenere caratteristiche diverse. A tal fine vanno osservate le particolarità specifiche dei materiali primi e le regole per la loro elaborazione. La norma tedesca più importante per la valutazione e la produzione del calcestruzzo e del calcestruzzo armato è la DIN 1045. In Europa saranno valide però in futuro la ENV 206 per la regolamentazione delle caratteristiche, della produzione e della lavorazione del calcestruzzo e l'Eurocode 2 (EC 2), che contiene la regolamentazione per la misurazione e la messa in opera di costruzioni in calcestruzzo. La ENV 206, introdotta come direttiva, diventa obbligatoria quando un elemento in calcestruzzo armato viene valutato e prodotto secondo la direttiva europea EC 2. In questa parte del volume la norma DIN 1045 fa ancora da riferimento. Il cemento

II cemento è un agglomerato idraulico che si solidifica con l'aggiunta di acqua sia alla presenza di aria sia colato sott'acqua formando una pietra di cemento resistente all'acqua. Secondo la norma DIN 1164-1 si distinguono le seguenti specie di cemento: • cemento Portland (CEM I); • cemento Portland di scoria (CEM Il/A-S, CEM Il/B-S); • cemento pozzolanico Portland (CEM Il/A-R CEM Il/B-P); • cemento Portland con cenere volatile (CEM Il/A-V); • cemento Portland con argillite bituminosa (CEM Il/A-T, CEM Il/B-T); • cemento Portland con calcare (CEM Il/A-L); • cemento Portland agglomerato con cenere volatile (CEM II/B-SV); • cemento di altoforno (CEM IH/A, CEM Ill/B). Come mostra la tabella 2.1.1, i diversi tipi di cemento vengono forniti in varie classi di solidificazione, contrassegnate dal colore dei sacchi d'imballaggio o, se si utilizza cemento fuso, dal colore della bolla d'accompagnamento che deve essere attaccata al silo. I cementi appartenenti alle classi di resistenza 32,5, 42,5 e 52,5 sono classificati in base alla resistenza iniziale in ce-

menti con resistenza iniziale normale e resistenza iniziale più alta (sigla aggiuntiva R). Come indicazione per l'utilizzo, la tabella 2.1.2 visualizza il nesso tra la classe di resistenza e il tipo e la proprietà del cemento. In base alla norma di resistenza del cemento si può però solo approssimativamente valutare l'influsso sulla resistenza del calcestruzzo. Questa dipende in gran parte anche da altri fattori come il rapporto acqua-cemento, la compressione e il trattamento successivo del calcestruzzo. Alcuni tipi di cemento possiedono inoltre degli attributi specifici: • tipi di cemento con bassa produzione di ca lore (sigla aggiuntiva NW) sono idonei per il cal cestruzzo di fabbricazione in massa; • in base alla norma DIN 1045 devono essere impiegati cementi con alta resistenza al solfato (sigla aggiuntiva HS), quando il contenuto del solfato nell'acqua che viene a contatto con l'e dificio è più di 600 mg di SO42- per litro o quando sia stata utilizzata terra con più di 3000 mg SO42-akg; • l'impiego di cementi con un basso contenuto di alcali (sigla aggiuntiva NA) è consigliabile quando si utilizza un additivo sensibile agli alcali; • il cemento bianco non è un cemento speciale ma un cemento Portland CEM 42,5 R con poco ossido ferrico. Esempi di terminologia del cemento: • cemento Portland DIN 1164 - CEM I 42,5 R; cemento Portland (CEM I) della classe di resi stenza 42,5 con un'alta resistenza iniziale (R); • cemento Portland di scoria con sabbia di al toforno dal 6% al 20% (CEM Il/A-S) della classe di resistenza 32,5, con resistenza iniziale nor male; • cemento di altoforno DIN 1164 - CEM Ill/B 32,5 - NW/HS; cemento di altoforno con sabbia di altoforno dal 66% all'80% (CEM Ill/B) della classe di resistenza 32,5, con una resistenza iniziale normale, basso calore idrico (NW) e alta resistenza al solfato (HS). Mentre in Germania è prevista un'unica norma per il cemento, la DIN 1164, articolata in cinque paragrafi che contengono tutte le normative, le esigenze di qualità e i procedimenti di controllo, in Europa la normativa è regolata da due distinte misure di legge e precisamente: la EN 196 Pro45

Fondamenti

II calcestruzzo come materiale da costruzione

cedimenti di controllo per il cemento e la ENV 197 Cemento - composizione, qualità e criteri di conformità. Inerti per il calcestruzzo Gli inerti per il calcestruzzo devono essere conformi alla norma DIN 4226. In base allo spessore, il conglomerato viene classificato in inerte leggero, normale e pesante (tabella 2.1.3). Secondo la dimensione dei granuli gli inerti vengono divisi in gruppi, come ad esempio il gruppo di granulazione 0/4, 4/8, 8/16 ecc. dove vengono indicate le dimensioni del grano più piccolo e di quello più grande. La produzione e l'elaborazione del calcestruzzo determinano la scelta del grano più grosso dell'inerte. La sua dimensione nominale non deve superare un terzo, meglio un quinto, della dimensione dell'elemento costruttivo più piccolo. Secondo la DIN 1045 paragrafo 6.2.1 "nel caso di un'armatura fitta o di una lastra sottile, la maggior parte dell'inerte dovrebbe essere più piccola della distanza dalle casseforme e tra un ferro dell'armatura". Le denominazioni aggiuntive a seconda del tipo di inerte sono state riportate nella tabella 2.1.4. La definizione dell'inerte viene determinata in base a: • denominazione • DIN 4226 • gruppo granulare/granulazione di produzione • qualità superiore e/o inferiore Un inerte venduto secondo la norma DIN 4226 senza ulteriori indicazioni deve adempiere alle esigenze richieste per quanto riguarda la composizione della granulazione, la forma del grano, la solidità, la resistenza al gelo e a componenti dannosi di un calcestruzzo mediamente umido. Queste caratteristiche vanno prese in considerazione se le condizioni d'impiego del calcestruzzo e quelle ambientali richiedono delle qualità superiori dell'inerte. Esse possono riguardare in particolare: • la resistenza al gelo; • la resistenza a prodotti antigelo; • la parte di componenti di origine organica con capacità di rigonfiamento; • il contenuto di cloruro idrosolubile; • la forma del granulare. Inerti che per alcune caratteristiche non rispondono alle qualità richieste possono essere utilizzati ugualmente per determinati impieghi del calcestruzzo. L'idoneità di un inerte di questo tipo è da dimostrare attraverso una prova attitudinale. Oltre alle caratteristiche già menzionate relative alla produzione di un cemento di qualità superiore (oltre a sostanze antigelo e particoli di origine organica con capacità di rigonfiamento), l'inferiore qualità (v) può essere condizionata dalla resistenza, dalla quantità di particoli che possono essere sottoposti al la46

Il calcestruzzo come materiale da costruzione

Fondamenti

vaggio del minerale, dalla percentuale di sostanze di origine organica in dispersione fine e dalla quantità di solfato. Esempi per la denominazione dell'inerte: • Inerte DIN 4226-8/16-eF Inerte conforme alla DIN 4226 con un'alta densità del gruppo granulare/granulazione di produzione 8/16, che oltre alle qualità richieste di norma soddisfa esigenze maggiori rispetto alla resistenza al gelo. • Inerte DIN 4226-0/2b-vA Inerte con un'alta densità del gruppo granulare/granulazione di produzione 0/2b, che non soddisfa le richieste di norma per quanto riguarda i componenti lavabili. Additivi del calcestruzzo Tra gli additivi si distinguono sostanze inerti e sostanze che modificano chimicamente e tisicamente il calcestruzzo. Le sostanze inerti sono additivi fini come trass, farina di pietra, polvere di silicato o ceneri volatili che influenzano determinate caratteristiche del calcestruzzo. Con l'impiego di polvere di silicato sì possono ottenere ad esempio un'alta resistenza 2 alla compressione di oltre 100 N/mm e un miglioramento della compattezza. Le sostanze inerti vengono normalmente aggiunte in grande quantità; perciò si deve tener conto della loro presenza nei calcoli dei volumi. Gli additivi elencati nella tabella 2.1.5 sono sostanze che tramite un'azione chimica o fisica o entrambe modificano le caratteristiche del calcestruzzo, quali ad esempio le modalità della successiva elaborazione, dalla solidificazione o dalla pietrificazione. La loro incidenza sul volume del calcestruzzo è assolutamente priva d'importanza. Si devono utilizzare soltanto additivi provvisti di un certificato di controllo valido e che rispettino le condizioni consentite dalla commissione di collaudo.

I tipi di calcestruzzo II calcestruzzo si presta a varie funzioni in base alla sua composizione. Se è necessario avere un'alta capacità portante e un buon isolamento acustico, si deve utilizzare un calcestruzzo com patto. Aggiungendo ghiaia o pietrisco è possi bile avere la classe di resistenza desiderata con un peso adeguato; mentre si ottengono parti colari caratteristiche d'isolamento termico tra mite l'impiego di additivi porosi, come ad esem pio pomice, argilla soffiata e scisto espanso. Quando inerti grossi vengono cementati solo in alcuni punti, residua un volume dei pori variabile dal 25 al 30%. La già bassa compattezza grezza di questo calcestruzzo addizionato con detriti può essere ulteriormente abbassata se, come nelle pietre per la muratura, vengono intercalate camere d'aria e fori oblunghi. È possibile otte-

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nere anche della pietra di cemento più leggera e con un migliore isolamento termico inserendo dei pori (cemento schiumoso e gassoso) o dell'aria "isolata" (perle di polistirolo espanso). La lastra leggera di lana di legno cementato è inoltre un altro valido materiale isolante. Con l'aggiunta di un inerte pesante come il granulato di ferro si produce il calcestruzzo denso, utilizzato per esigenze specifiche quali ad esempio la protezione contro le radiazioni. I più importanti tipi di calcestruzzo sono elencati nella tabella 2.1.6. Calcestruzzo normale Si intende normale un calcestruzzo che presenti una compattezza grezza a secco maggiore di 2,0 kg/dm3e non superiore a 2,8 kg/dm3. La maggior parte delle esigenze viene soddisfatta con questo tipo di calcestruzzo. Generalmente si distingue in base al luogo di produzione o al suo impiego tra calcestruzzo preparato in loco, calcestruzzo premescolato e calcestruzzo gettato in opera e, secondo la sua consistenza, tra calcestruzzo rigido, plastico o liquido. Calcestruzzo leggero La caratteristica più significativa del calcestruzzo leggero rispetto a quello normale è il suo peso basso (compattezza grezza < 2,0 kg/dm3)- La compattezza e altre caratteristiche del calcestruzzo leggero vengono determinate dal tipo di inerte anch'esso leggero (pomice, argilla soffiata, scisto espanso), dalla struttura (a forma di detriti, a compagine compatta) o dalla quantità di pori (calcestruzzo schiumoso). Gli strati colati fino all'altezza di un metro circa non devono disgregarsi durante la compressione. Calcestruzzo schiumoso, calcestruzzo poroso e calcestruzzo leggero addizionato con detriti sono impiegati soprattutto per esigenze d'isolamento termico. Rispetto al calcestruzzo normale presentano una capacità portante minore, sufficiente tuttavia per le normali esigenze dell'architettura civile. Il calcestruzzo leggero compatto si presta essenzialmente agli stessi utilizzi del calcestruzzo normale. Le basi più importanti per i calcoli sono elencati nelle tabelle 2.1.7-2.1.11. La classificazione del calcestruzzo leggero in categorie di compattezza grezza stabilisce il peso minore del calcestruzzo leggero compatto da costruzione rispetto al calcestruzzo normale. La conduzione termica del calcestruzzo leggero con aggiunta di detriti, che ha capacità d'isolamento termico, viene trattata dalla norma DIN 4108, parte quarta; mentre la classificazione in base alle caratteristiche d'isolamento acustico dalla norma DIN 4109, parte terza. Le dimensioni riportate nella tabella 2.1.11 sono misurazioni minime che vanno ingrandite sui disegni di 1,0 cm (0,5 cm). Calcestruzzo denso Si dice denso un calcestruzzo con una compattezza grezza a secco superiore a 2,8 kg/dm3. L'alta compattezza grezza a secco si raggiunge con l'utilizzo di un inerte pesante con grani grezzi molto al di sopra di 3,0 kg/dm3, come ad esem48


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pio spato pesante, magnetite, ematite o anche granaglie in acciaio. Il calcestruzzo denso viene utilizzato per il suo effetto schermante contro le radiazioni e quindi per la costruzione di reattori o di piastre di pavimentazione che devono essere resistenti al ribollimento.

Le caratteristiche del calcestruzzo II calcestruzzo fresco

Calcestruzzo fresco si chiama il materiale finché è ancora possibile trattarlo. Viene trasportato in contenitori (mastelli), su nastri trasportatori o attraverso condotti (calcestruzzo pompato) e poi messo nelle casseforme. Un valore per la trattabilità (rigidità) è la consistenza. Si distingue tra quattro stati di consistenza: KS rigido, KP plastico, KR molle (consistenza di norma) e KF liquido. Ognuno di questi esìge un tipo specifico di compressione (tabella 2.1.12). La consistenza del calcestruzzo liquido (si tratta di un tipo di calcestruzzo facilmente trattabile) è superiore allo stato di consistenza KR. Non si dovrebbe superare uno spandimento di 60 cm. Il tipo di trattabilità del calcestruzzo fresco deve essere adattato all'uso che se ne vuole fare in opera. Durante l'introduzione non deve disgregarsi. Strutture complesse o elementi costruttivi con un'armatura fitta richiedono generalmente un calcestruzzo molle di compattezza media, dello stato di consistenza KR (spandimento 45 ± 3 cm). Anche per altre parti della costruzione è vantaggioso disporre di questo tipo di calcestruzzo (consistenza di norma). Quando non viene specificata un'altra consistenza, la fabbrica invia automaticamente il calcestruzzo in questa consistenza di norma. Molte caratteristiche del materiale costruttivo dipendono dalla percentuale di acqua e di cemento nel calcestruzzo, che viene specificata con il rapporto acqua-cemento. I valori limite superiori per il rapporto acqua-cemento nel calcestruzzo fresco sono stati fissati nella norma DIN 1045. Ad esempio, per il calcestruzzo armato non dovrebbe superare 0,70 (valore massimo 0,75), per elementi costruttivi esterni 0,60 (0,65). Nella tabella 2.1.13 si trovano indicazioni più precise. Lo sviluppo della resistenza

Lo sviluppo della resistenza del calcestruzzo viene principalmente influenzato dalle caratteristiche del cemento, dalla composizione e dall'età del calcestruzzo e da fattori ambientali (temperatura, umidità). Il rapporto acqua-cemento è un fattore determinante per la resistenza iniziale del calcestruzzo. La resistenza aumenta nel corso del tempo. L'influenza del tipo di cemento a temperature basse o elevate è descritta nelle tabelle 2.1.14e2.1.15. Il calcestruzzo compatto

La caratteristica più importante del calcestruzzo è la sua resistenza a compressione. Si determina con una prova di compressione su ele-

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menti prodotti esclusivamente a tale scopo (cubi, cilindri) o in casi eccezionali su carote estratte dalla costruzione. Secondo la norma DIN 1048, la prova viene in genere effettuata dopo 28 giorni con un cubo di 20 cm. Secondo la resistenza alla pressione rilevata con queste prove, il calcestruzzo viene classificato nelle categorie di resistenza (tabella 2.1.16). Per avere maggiori informazioni occorre procedere con una prova dei prismi, secondo quanto prevede EC 2. La resistenza del calcestruzzo nell'edificio viene determinata dalla prova della sfera. I calcestruzzi di tipo B I sono di regola composti sulla base di una prova attitudinale nella quale risultano indicati i valori minimi di resistenza alla pressione e di consistenza (tabella 2.1.16). I calcestruzzi del tipo B II devono superare una prova attitudinale prima dell'inizio dei lavori.

Tipi di calcestruzzo con caratteristiche particolari I calcestruzzi sottoposti a determinate sollecitazioni devono presentare caratteristiche specifiche che li rendano resistenti a esse. A tal proposito la compattezza superficiale del calcestruzzo risulta essere un fattore determinante. Per questo tipo di impiego, la DIN 1045 richiede che i calcestruzzi abbiano qualità particolari. I tipi di calcestruzzo con qualità particolari sono: • calcestruzzo permeabile all'acqua; • calcestruzzo con alta resistenza al gelo; • calcestruzzo con alta resistenza al gelo e al sale antigelo; • calcestruzzo con alta resistenza alle sostanze chimiche; • calcestruzzo con alta resistenza all'usura; • calcestruzzo con resistenza termica fino a 250 °C; • calcestruzzo colato sott'acqua. Rispetto alla produzione, all'ulteriore trattamento e al controllo di questi calcestruzzi restano generalmente valide le condizioni del calcestruzzo di tipo B II anche se si tratta di categorie con caratteristiche di resistenza inferiori al B 35. Nel caso si richieda una permeabilità all'acqua e un'alta resistenza al gelo o alle sostanze chimiche, la DIN 1045 permette di attenersi alle condizioni del tipo B I anche per la produzione e l'ulteriore trattamento del calcestruzzo, a patto che vengano garantite la quantità minima di cemento prescritta e una composizione favore-• vole del grano. Le qualità dei calcestruzzi con caratteristiche particolari sono elencate nella tabella 2.1.17. La certificazione di qualità

Durante i lavori in cantiere una prova sulla qualità deve dimostrare che la composizione del calcestruzzo è adatta alle esigenze specifiche e che le caratteristiche richieste vengono rispettate. Le dimensioni della prova di qualità per il calce5 51

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struzzo prodotto sul posto sono esposte nella tabella 2.1.18. Nel caso fossero richieste caratteristiche specifiche, le condizioni della prova di qualità devono essere stabilite di volta in volta. Il grado di permeabilità viene dimostrato da almeno tre tipi di prova. Per quanto riguarda il calcestruzzo con alta resistenza al gelo e ai sali antigelo è opportuno misurare sul posto ogni due ore la quantità d'aria presente nei pori. Nel caso si utilizzi calcestruzzo premescolato, occorre tener conto delle seguenti eccezioni: • il contenuto di cemento e il rapporto acquacemento, che per il calcestruzzo B II devono essere controllati quotidianamente, possono essere desunti dalla bolla di accompagna mento o dall'indice dei tipi di calcestruzzo; • in caso di autocontrollo del calcestruzzo pre mescolato B I e B II, la prova di resistenza è valida quando il calcestruzzo per gli elementi di prova viene fornito dal cantiere stesso; • se vengono impiegati meno di 100 m3di cal cestruzzo premescolato del tipo B I per volta, possono essere considerati validi campioni provenienti da un altro cantiere se ottenuti con calcestruzzo identico per composizione, pro dotto nella stessa settimana e dal medesimo produttore. Con questi campioni si può allora verificare la resistenza del calcestruzzo attra verso un'elaborazione statistica. In ogni caso è necessario prelevare i campioni di calcestruzzo da diverse betoniere - se si tratta di calcestruzzo premescolato possibilmente da differenti forniture - e con regolarità durante il periodo dei lavori. I risultati sono da considerare soddisfacenti quando: • il valore medio del rapporto acqua-cemento determinato con la prova attitudinale non viene superato e il valore delle singole prove non ol trepassa il 10%. I valori limite dei calcestruzzi con caratteristiche particolari (tabella 2.1.17) non devono essere superati neppure nelle sin gole prove; • il valore medio di ogni serie viene raggiunto quando la resistenza di una serie di tre cubi prodotti uno dopo l'altro raggiunge quella pre vista di serie e il valore delle singole prove è pari alla resistenza nominale. Secondo la norma DIN 1084, parti 1-3, il certificato di qualità per il calcestruzzo prodotto sul posto di tipo B II, calcestruzzo premescolato ed elementi prefabbricati in calcestruzzo, può essere fornito anche in modo statistico. Per il calcestruzzo B II la prova di qualità deve essere effettuata direttamente dal produttore o da parte di terzi. In caso di controllo diretto la ditta deve possedere una sala di collaudo per il calcestruzzo del tipo E. Il responsabile deve essere un tecnico, esperto nella tecnologia e nella produzione del calcestruzzo. Il controllo da parte di terzi viene effettuato da un'associazione deputata al controllo o da un'associazione per la 52


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tutela della qualità o tramite un ufficio collaudi del tipo F.

Il calcestruzzo per elementi costruttivi esterni Gli elementi costruttivi in calcestruzzo armato costantemente esposti agli agenti atmosferici subiscono maggiori sollecitazioni rispetto ai componenti collocati in spazi interni asciutti. Se queste parti vengono progettate e prodotte in modo adeguato, possono resistere agli influssi climatici per decenni, senza richiedere provvedimenti supplementari di conservazione. In tal senso occorre evitare una struttura edile troppo elaborata. Le dimensioni devono essere quelle tollerate dalle casseforme e dall'armatura in modo tale che sia garantita la compattezza uniforme del calcestruzzo in sezione e una copertura piena dell'armatura. Inoltre, devono essere adottati provvedimenti per la deviazione delle precipitazioni, così come va tenuta presente l'azione esercitata dalla temperatura e dall'umidità. Per quanto riguarda la copertura dell'armatura, è di fondamentale importanza che essa presenti uno spessore sufficiente in tutti i lati della costruzione. Il calcestruzzo, soprattutto nelle sue superfici più esterne, deve essere composto, compresso e trattato in modo tale da risultare molto resistente agli influssi atmosferici. Solo così l'acciaio dell'armatura non subisce corrosione durante tutto il periodo di impiego previsto in ambiente alcalino. La DIN 1045 (edizione luglio 1988) contiene una serie di provvedimenti che dovrebbero migliorare la resistenza del calcestruzzo negli elementi esterni. Gli aspetti trattati più rilevanti sono: • la dimensione nominale della copertura in cal cestruzzo sui disegni dell'armatura deve es sere aumentata di almeno 1 cm rispetto alle misure minime (tabella 2.1.19); • il trattamento del calcestruzzo fresco deve ri sultare idoneo alle esigenze costruttive. Se zioni trasversali multiformi e/o elementi co struttivi con un'armatura fitta richiedono un tipo di calcestruzzo morbido con una consi stenza media (espansione 45 ± 3 cm). Il rap porto acqua-cemento non deve superare 0,60 e durante i lavori nessun valore singolo deve superare 0,65; • la quantità di cemento nel calcestruzzo B I e B II dovrebbe raggiungere almeno il rapporto di 300 kg/m3 per rientrare nella norma. In casi specifici può essere ridotto fino a 270 kg/m3 (vedi tabella 2.1.17); • il calcestruzzo deve essere conforme alla ca tegoria di umidità B 25; • si ricorda che è necessario un trattamento di finitura accurato e sufficientemente lungo. Affinchè il calcestruzzo presenti le caratteristiche richieste anche a livello superficiale, è indi-

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spensabile un trattamento di finltura accurato e sufficientemente lungo, essenziale a garantire la stabilità delle singole parti e dell'intero edificio. Lo scopo è quello di fornire al calcestruzzo la quantità di acqua necessaria alla cristallizzazione. Inoltre, finché non sia stata raggiunta la resistenza in grado di assorbire la trazione di sollecitazione, il conglomerato non deve perdere il calore di idratazione in modo rapido. A questo proposito, la DIN 1045, paragrafo 10.3, prevede che il calcestruzzo sia mantenuto umido sufficientemente a lungo e venga protetto dall'essicazione. Generalmente bastano sette giorni. A livello pratico queste indicazioni risultano troppo generiche e non consentono di stabilire con precisione il tempo di finltura realmente necessario dato che, tra i vari fattori, vanno tenuti in considerazione anche il tipo di composizione del calcestruzzo e le condizioni climatiche. Per questo motivo è fondamentale consultare per ogni singolo caso le direttive del Comitato tedesco per il calcestruzzo armato per quanto riguarda il trattamento di finltura. I procedimenti di finltura includono: • • • • •

il getto nelle casseforme; la copertura con lamine; la copertura con materiali impermeabili; la copertura con liquidi di finltura; la continua spruzzatura con acqua.

È possibile combinare questi procedimenti, unendo ad esempio alla copertura con lamine di plastica con provvedimenti di isolamento termico (tabella 2.1.20). La pratica ha dimostrato che, in caso di notevoli sbalzi di temperatura, può risultare dannoso spruzzare acqua sul calcestruzzo fresco poiché provocherebbe il raffreddamento precoce e brusco di alcune parti e quindi l'insorgere di tensioni forzate in grado di generare crepe. Perciò si preferisce in genere ricorrere agli altri procedimenti. La durata del trattamento di finltura viene stabilita in base alle condizioni dell'ambiente, alla temperatura e allo sviluppo della resistenza del calcestruzzo (tabella 2.1.21).

L'armatura La copertura in calcestruzzo

La dimensione minima della copertura in calcestruzzo dipende, oltre che dalle condizioni ambientali a cui si trovano esposti gli elementi costruttivi, anche dal diametro delle barre di acciaio dell'armatura (si vedano p. 265 e le tabelle 2.1.19 e 2.1.22). Le dimensioni indicate nelle tabelle devono essere rispettate per cui risulta determinante il valore nominale. I rivestimenti e gli strati realizzati in pietre naturali o artificiali, in legno o in calcestruzzo con detriti non devono essere sommati alla copertura in calcestruzzo. I valori della tabella 2.1.19 devono essere aumentati di 0,5 cm quando si utilizza un calcestruz-

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zo con un inerte di grano massimo > 32 mm. Per ottemperare alle norme contenute nella DIN 4102 relative alla protezione antincendio, è inoltre necessario un aumento adeguato per elementi costruttivi particolarmente spessi, per calcestruzzo lavabile, per superfici smerigliate a getto di sabbia o non lineari, per superfici esposte a una forte usura e per elementi costruttivi. Altre misure di protezione possono venire adottate per elementi costruttivi esposti ad agenti che incrementano in modo particolare il processo di corrosione (tabella 2.1.19, riga 4) e vengono decise in base al tipo di attacco. La copertura in calcestruzzo degli elementi indicati nelle righe 3 e 4 può essere diminuita quando vengono utilizzate impermeabilizzazioni esterne di bitume o simili e rivestimenti con strati impermeabili (ad esempio, intonaco di cemento impermeabile). I valori della riga 2, sempre relativi alla tabella 2.1.19, devono comunque essere rispettati. La distanza

La distanza utile tra le barre posizionate nella stessa direzione deve essere almeno di 2 cm e non inferiore al diametro della barra. Durante la fase di progettazione non si considera spesso che il diametro reale dell'acciaio fino alla parte esteriore delle nervature è maggiore del diametro nominale. L'altezza della nervatura verticale dell'acciaio III S (BSt 420 S), ad esempio, supera del 10% il diametro nominale. Vuoti della vibrazione

II calcestruzzo viene in genere costipato a scosse. In base alla forma e alle dimensioni dell'elemento costruttivo vengono utilizzati la vibratrice, il pervibratore o il vibratore ad ago (per parti molto strette); così come è possibile effettuare la vibrazione delle superfici o della cassaforma (per elementi costruttivi sottili e rivestiti su entrambi i lati, per elementi standard in calcestruzzo di tavole vibranti e centrifughe, per sezioni con simmetria centrale, si veda p. 273). Nella fase di immersione del pervibratore è necessario prevedere vuoti di vibrazione; la norma DIN 1045, paragrafo 3.2.1, stabilisce che essi risultino indicati nei disegni dell'armatura. Può verificarsi che i vuoti di vibrazione richiedano una diversa sistemazione dell'armatura, modificando in questo modo i calcoli. Particolari difficoltà insorgono nella pratica quando, ad esempio, l'armatura superiore delle travi è troppo fitta, soprattutto nel punto di incrocio sopra i montanti. Aperture del getto di calcestruzzo Quando si getta il calcestruzzo da un'altezza superiore ai 2 m, si deve utilizzare un tubo di scarico perché il materiale non deve disgregarsi nelle casseforme per montanti o per pareti (DIN 1045, paragrafo 10.1) Tubi di scarico o tubi per il pompaggio richiedono uno spazio di 20 cm tra i ferri dell'armatura. La diversa sistemazione dell'armatura necessaria influenza i calcoli e le sezioni degli elementi costruttivi.

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Muratura in pietre di calcestruzzo Le pietre legate con cemento utilizzabili per la muratura possono essere di vario tipo (tabella 2.1.23). In base alle loro caratteristiche si distinguono in mattoni forati, mattoni pieni, blocchi pieni, lastre per il muro cavo e piastrelle per pareti. I mattoni sono realizzati per lo più in calcestruzzo leggero con inerti leggeri ma anche in calcestruzzo normale o in calcestruzzo poroso. Il tipo di pietra che li compone determina nei mattoni forati cavità e nei mattoni pieni fessure ordinate in file. Durante la posa possono essere predisposti fori o buchi di presa per poterli maneggiare meglio. Le pietre si distinguono anche in base alle loro dimensioni, alla compattezza grezza e alla resistenza (tabella 2.1.24). Le caratteristiche termiche delle pietre sono molto varie e dipendono soprattutto dal tipo di inerte, dal tipo di sabbia utilizzato, dalla natura dei buchi (cavità, fori), dalla malta impiegata e dalle dimensioni delle giunture. La letteratura specializzata fornisce indicazioni relative alla protezione termica, acustica e antincendio della muratura in blocchi di calcestruzzo leggero.

fresco e per il calcestruzzo armato indurito viene calcolato un peso proprio di 25 kN/m3. Per l'azione di carico dovuta ai lavori viene calcolato un peso supplementare che dipende dal tipo di trasporto del calcestruzzo e dal tipo di contenuto nominale dei recipienti di trasporto, come ad esempio le benne della gru (tabella 2.1.30). Tavole sistemate a piombo possono rivelarsi utili per la compressione orizzontale del calcestruzzo fresco che dipende dalla velocità ascensionale e dalla consistenza del calcestruzzo impiegato (fig. 2.1.28). Il carico ammesso per l'ancoraggio delle casseforme varia in base ai tipi di chiusura (fig. 2.1.29) elencati nelle tabelle 2.1.31 e 2.1.32. La sollecitazione ammessa

La tabella 2.1.33 indica i valori di resistenza alla compressione di elementi costruttivi in calcestruzzo armato, mentre la tabella 2.1.34 contiene indicazioni sulla resistenza alla compressione ammessa per elementi costruttivi non armati. La DIN 4219 prevede per le parti realizzate in calcestruzzo leggero senza pori gli stessi valori di sicurezza del calcestruzzo normale. Le resistenze alla compressione, ammesse dalla DIN 4232 per pareti in calcestruzzo leggero con inerti di detriti, sono elencate nella tabella 2.1.35.

L'utilizzo La deformazione I calcoli del peso

I valori per l'accertamento dei pesi propri di parti costruttive in calcestruzzo sono elencati nella DIN 1055, Calcoli dei pesi, e servono sia per il calcolo della stabilità sia per la misurazione di impianti edili. // calcestruzzo La compattezza grezza secca del calcestruzzo varia in base al tipo di inerte utilizzato (tabella 2.1.3). Per il calcestruzzo leggero non supera i 2,0 kg/dm3, per il calcestruzzo normale varia da 2,0 fino a 2,8 kg/dm3 e per il calcestruzzo compatto supera i 2,8 kg/dm3. La tabella 2.1.25 contiene gli indici per i calcoli dei pesi propri di calcestruzzo prodotto sul posto o di elementi in calcestruzzo prefabbricati. Il calcestruzzo fresco richiede in genere un aumento dell'indice di 1 kN/m3. La malta I valori per i calcoli della malta per muratura, per la malta da intonaco e per piastrelle da parete e da pavimento sono elencati nella tabella 2.1.26. La muratura La DIN 1055 indica come validi gli indici contenuti nella tabella 2.1.27 relativi alla muratura con pietre artificiali (mattoni pieni, blocchi pieni, mattoni forati, pietre al). Le casseforme Le casseforme orizzontali e l'armatura in tavole devono sostenere il peso del calcestruzzo fresco e delle barre di acciaio. Per il calcestruzzo

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Carichi, influenze esterne o trasformazioni interne possono causare deformazioni reversibili 0 irreversibili del calcestruzzo fresco e del cal cestruzzo indurito. Questi fenomeni variano in base non solo alla natura, alla dimensione e alla durata della sollecitazione, alla durezza e all'u midità, ma soprattutto al tipo di inerte che co stituisce il 70% circa del volume del calce struzzo. Trasformazioni elastiche II modulo di elasticità del calcestruzzo, cioè la misura per il comportamento elastico del calcestruzzo in stato di tensione a un solo asse, viene calcolato sommando il modulo E della pietra di cemento al modulo E dell'inerte del calcestruzzo. 1 volumi dei due moduli consentono di stimare il valore del modulo di elasticità (tabella 2.1.36). Nelle direttive relative al calcestruzzo armato e al calcestruzzo precompresso sono indicati i va lori per i calcoli del modulo di elasticità del cal cestruzzo normale e del calcestruzzo leggero (tabelle 2.1.37 e 2.1.38). Tutte le prove per lo stato d'uso possono essere effettuate con un modulo di elasticità identico per la pressione e per la tensione. Dilatazione e curvatura causate dalla temperatura La variazione di temperatura agisce sul calcestruzzo determinando allungamenti o accorciamenti a seconda che l'escursione termica sia positiva o negativa. Questi fenomeni vengono misurati in base all'indice di dilatazione Al:


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coefficiente di dilatazione come allungamento (+) o accorciamento (-) dell'elemento costruttivo; modulo di allungamento causato dalla temperatura che risulta dal rapporto tra la dilatazione provocata dalla temperatura eT e la variazione della temperatura AT; aumento (+) o diminuzione (-) della temperatura; lunghezza iniziale dell'elemento costruttivo. I moduli di dilatazione causati dalla temperatura per il calcestruzzo normale secondo la DIN 1045 e per il calcestruzzo leggero secondo la DIN 4219 sono riportati nella tabella 2.1.39. Le curvature che si verificano dipendono da una sollecitazione irregolare della temperatura. Il coefficiente di dilatazione f viene calcolato sulla base dello spessore d, della lunghezza I dell'elemento costruttivo e della differenza di temperatura AT tra la sua superficie superiore e quella inferiore.

Lo spostamento e la contrazione Per spostamento si intende l'aumento di deformazione dell'elemento costruttivo sotto pressione che si verifica nel corso del tempo, mentre la contrazione è il ritiro dell'elemento costruttivo che avviene durante la fase di essicazione. In generale, nel caso si tratti di muratura o di costruzioni in calcestruzzo armato non è necessario produrre una dimostrazione dello spostamento e della contrazione; mentre per costruzioni in calcestruzzo precompresso va considerata l'influenza dello spostamento e della contrazione se le tensioni e i valori dei profili si modificano in modo sfavorevole. Lo spostamento e la contrazione del calcestruzzo dipendono dai seguenti fattori: • umidità dell'aria circostante; • dimensioni dell'elemento costruttivo; • composizione del calcestruzzo. Inoltre, per quanto riguarda lo spostamento occorre considerare: • il grado di presa del calcestruzzo all'inizio del caricamento; • il tempo e la dimensione della sollecitazione. L'entità di questi fenomeni può essere stimata in base ai valori finali riportati nella tabella 2.1.40; è possibile questa semplificazione dei calcoli poiché, anche per costruzioni in calcestruzzo armato precompresso, bisogna tener conto soltanto delle influenze dello spostamento e della contrazione nello stato finale (momento t = °°).

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2.1.34 Compressione ammessa del calcestruzzo per elementi costruttivi realizzati in calcestruzzo normale non armato secondo la DIN 1045, paragrafo 17.9

2.1.35 Compressione ammessa per pareti realizzate in

2.1.36 Modulo di elasticità per pietre di cemento,


Trasformazione complessiva della forma Si rivela spesso necessario stimare l'entità complessiva della trasformazione dell'elemento costruttivo al fine di poter individuare i provvedimenti idonei. L'indice di dilatazione viene determinato dalla compressione della forza verticale, dalla sollecitazione della temperatura, dallo spostamento e dalla contrazione, e sintetizzato dalla seguente formula:

Δl cambiamento della lunghezza in mm (accorciamento -, allungamento +); I lunghezza dell'elemento costruttivo in mm; αT misura della dilatazione causata dalla temperatura secondo la tabella 2.1.39 in mm / (mm • K); ΔT differenza della temperatura in K (aumento +, diminuzione -); σ0 compressione costante del calcestruzzo in 2 N/mm (compressione -, tensione +); Eb modulo di elasticità del calcestruzzo in N/mm2; φ∞ valore finale dello spostamento del calcestruzzo secondo il diagramma 2.1.40; εS∞ valore finale della contrazione del calcestruzzo secondo il diagramma 2.1.40 (assorbimento dell'acqua +, essicazione -). Le trasformazioni della forma determinate dalle sollecitazioni (carico + spostamento) costituiscono di norma circa i 3/4 della trasformazione totale, mentre quelle indipendenti da esse (contrazione + temperatura) rappresentano 1/4 della trasformazione totale.

2.1.37 Valori per i calcoli del modulo di elasticità per il calcestruzzo normale secondo la DIN 1045

2.1.38 Valori per i calcoli del modulo di elasticità per il calcestruzzo leggero secondo la DIN 4219

2.1.39 Valori della dilatazione causati dalla temperatura per il calcestruzzo

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La superficie del calcestruzzo Friedbert Kind-Barkauskas

Principi formali Un edificio nasce dalla combinazione di diversi materiali, ognuno con un proprio linguaggio formale. Il loro aspetto e le caratteristiche di lavorazione e plasmabilità sono essenziali per l'estetica finale dei singoli elementi costruttivi e dell'intero edificio. È compito dell'architetto utilizzare i materiali in base alle loro caratteristiche, riconoscerne i pregi e, attraverso scelte idonee, lasciarli affiorare nel progetto. Attraverso la combinazione dei materiali è possibile potenziare il repertorio formale ottenendo effetti estetici particolarmente interessanti. Il calcestruzzo viene colato nelle casseforme dove, grazie alla sua plasticità, è possibile ottenere qualsiasi forma desiderata prima che avvenga l'indurimento. Il suo impiego richiede da parte dell'architetto e dell'ingegnere creatività e competenze tecniche particolarmente approfondite, ma al tempo stesso la capacità di evitare gli eccessi che un materiale tanto versatile potrebbe indurre a compiere. Impiegare il materiale in modo adeguato significa sfruttare non solo le sue potenzialità costruttive ma anche quelle strutturali. Il tipo di superficie, lucida-opaca, liscia-ruvida, grezza-fine ecc. conferisce al materiale il suo aspetto caratteristico che può essere il risultato di una combinazione di materiali o di componenti particolari di un solo materiale. La struttura della superficie determina l'aspetto di una costruzione: essa può enfatizzarne le specificità formali o, al contrario, nasconderle con la sua presenza. La cromaticità è un altro fattore determinante rispetto al risultato estetico finale: i contrasti chiaroscurali appartengono sia al tipo di struttura sia al tipo di colorazione dell'edificio. Solo i giochi di luce e ombra sono in grado di animare la superficie della parete conferendole un aspetto interessante. È inoltre possibile scegliere di sottolineare alcuni elementi delle superfici, quali ad esempio le giunture, attraverso specifici trattamenti formali. In ogni caso è necessario che il singolo particolare decorativo agisca sull'estetica dell'edificio ponendolo in armonia rispetto all'ambiente circostante e, nella maggior parte dei casi, anche all'aspetto urbanistico.

minare conseguenze formali anche su quello che viene indicato come "calcestruzzo indurito", motivo per il quale è necessario scegliere con attenzione i componenti al fine di ottenere la superficie desiderata. L'azione dei vari tipi di cemento

La colorazione del conglomerato cementizio viene determinata prevalentemente dal colore del cemento impiegato che influisce inoltre anche sul suo aspetto finale. Essa non fornisce alcuna indicazione qualitativa ed è ottenuta in base al tipo di materie prime impiegate, al tipo di cemento, di macinazione e al procedimento di produzione. Perciò sono possibili variazioni cromatiche anche utilizzando cementi della stessa categoria di solidità, in quanto esse dipendono principalmente dalle caratteristiche legate alla composizione del calcestruzzo e alla sua lavorazione, quali ad esempio le oscillazioni nel rapporto acqua-cemento, la granulometria dell'aggregato, la diversa capacità assorbente delle casseforme, il tipo di separatore e di compressione.

I componenti del calcestruzzo

Il contenuto relativamente alto di ossido di ferro determina il colore grigio scuro del cemento Portland che viene prodottojnacinando finemente clinker di cemento Portland addizionato di gesso e/o anidrite ed eventualmente altri materiali. Aggiungendo sabbia di scorie macinata fine si ottengono il cemento Portland di altoforno e il cemento di altoforno che presentano una tonalità più chiara e contengono di norma una parte di clinker di cemento che può oscillare dal 6 all'80% in peso e sabbia di altoforno. Il cemento Portland con ceneri volatili contiene fino al 20% in peso di sabbia di altoforno oltre a una percentuale di ceneri volatili che varia dal 10 al 20%. Il cemento Portland bianco contiene materiali poveri di ossido di ferro (calce e caolino) e presenta durante il processo di produzione una diminuzione della quantità di materiali coloranti, in particolare l'alluminato di calcio-ferrite. Una colorazione rossa è tipica del cemento Portland bituminoso, a norma della DIN 1165, che oltre al clinker contiene anche bruciatura di argillite bituminosa variabile dal 6 al 35% in peso. Questo cemento può essere utilizzato senza limitazioni al pari degli altri tipi conformi alle norme.

II calcestruzzo viene definito "fresco" fino a quando risulta lavorabile; esso contiene degli inerti di varia dimensione che possono deter-

La maggior parte degli inerti per il calcestruzzo si trova in natura, nei letti dei fiumi o nelle cave

L'impiego di differenti inerti

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(a) più alto

(b) più basso

(e) piatto

(d) struttura dei materiali


di ghiaia, e presenta forma tondeggiante; mentre dalle cave di pietra vengono estratti inerti più piccoli e frantumati di forma irregolare. In entrambi i casi si tratta di prodotti di scarto, quali sabbia, ghiaia o pietrisco. I materiali fini e una granulometrìa maggiore risultano determinanti con la loro colorazione, dipendente dal tipo di struttura da realizzare, rispetto all'estetica delle superfici. Sono gli inerti più fini a determinare l'aspetto delle superfici non trattate, dato che sopra alla struttura in calcestruzzo vera e propria viene posto uno strato di cemento e di aggregati più fini; al contrario, l'aspetto delle superfici trattate risulta definito dalla colorazione dell'insieme degli elementi grossi e fini dell'inerte. Per la produzione di calcestruzzo a vista vengono inoltre utilizzati pietra calcare, quarzo, granito e porfido grazie alle loro qualità cromatiche. Gli inerti del calcestruzzo normale devono risultare conformi alla DIN 4226, parte 1, Inerti a struttura compatta. La loro compattezza grezza a secco deve essere generalmente tra 2,6 e 2,9 kg/dm3. Si distinguono inerti naturali tondeggianti o di frantumazione da inerti minerali prodotti artificialmente. La solidità del grano deve permettere la produzione di calcestruzzi che rientrino nelle consuete categorie di solidità. Nel caso di superfici a vista è necessario che gli inerti risultino resistenti al gelo e ai sali antigelo. Gli inerti del calcestruzzo leggero devono risultare conformi alla DIN 4226, parte 2, Inerti a struttura porosa. La loro compattezza grezza a secco non deve superare 2,2 kg/dm3.1 materiali da impiegare sono la pomice naturale, argilla soffiata e scisto espanso. Generalmente le superfici del calcestruzzo leggero non vengono trattate ulteriormente. L'aspetto finale è determinato solo dalla struttura delle casseforme che è necessario quindi studiare attentamente in fase di progettazione, soprattutto nel caso di superfici a vista. Per ragioni estetiche è possibile inoltre passare sulle superfici uno strato di vernice trasparente o coprente. L'uso di pigmenti per la colorazione

(e) prospettico

(f) arrotondato

2.2.1. Effetti grafici delle casseforme

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I pigmenti consentono di colorare il calcestruzzo in modo molto semplice. Per ottenere tonalità rosse, gialle, marroni e nere vengono aggiunti pigmenti contenenti soprattutto ossido di ferro, per una colorazione verde pigmenti contenenti ossido di cromo e ossido idrato di cromo e per una colorazione azzurra pigmenti basati su un composto di cristalli come per esempio pigmenti contenenti cobalto, alluminio e ossido di cromo. La colorazione del calcestruzzo è durevole e resistente all'azione degli agenti atmosferici. Se si usa cemento grigio, la colorazione risulta più opaca e scura; al contrario, il cemento bianco genera una tonalità più chiara e pura. Una leggera profilatura della superficie aumenta l'effetto della colorazione (fig. 2.2.2)

La ripercussione della cassaforma A indurimento avvenuto, il calcestruzzo presenta le caratteristiche e l'aspetto della pietra. La superficie porta l'impronta delle casseforme. Può trattarsi della trama di tavole segate o strutturate oppure di una superficie liscia o plasmata con delle matrici. Gli effetti ottici raggiungibili attraverso l'impronta delle tavole delle casseforme sono quasi illimitati. Strutture delle casseforme

La superficie del calcestruzzo viene modellata in base al tipo dì cassaforma impiegato che, a seconda del materiale che la compone, e delle sua struttura da luogo a configurazioni di diverso genere (tabella 2.2.11). Le superfici, oltre a presentare un aspetto particolare, evidenziano soprattutto le giunture delle singole casseforme che possono essere ordinate in modo ininterrotto o a linea alternata. Grandi tavole di acciaio, di legno o di plastica formano ovviamente strutture completamente diverse da quelle realizzate con casseforme composte da elementi piccoli o da tavole singole attaccate una all'altra. Nel caso di casseforme in legno risulta importante per la strutturazione della superficie del calcestruzzo anche il tipo di trattamento cui il materiale è stato sottoposto, se ad esempio è stato lasciato grezzo o piallato (figure da 2.2.3 a 2.2.7). La struttura della cassaforma richiama in genere particolari effetti grafici. La figura 2.2.1 propone alcuni tra i modelli più ricorrenti: le linee verticali fitte generano l'impressione di una struttura più lunga che alta (a) e l'effetto contrario si ottiene con linee orizzontali distanziate tra loro (b). Strutture non lineari creano un effetto di appiattimento e richiamano i disegni delle tappezzerie (e), mentre una struttura che richiama l'aspetto di alcuni materiali suggerisce associazioni gli stessi (d). La disposizione particolare delle linee può generare effetti prospettici (e), così come è possibile ottenere un effetto tondeggiante su una superficie piana se la distanza tra le linee va diminuendo verso le estremità (f). Se la strutturazione delle superfici viene determinata dalle caratteristiche dei materiali impiegati, queste possono essere arricchite di elementi decorativi qualora si intendano ottenere particolari effetti estetici. La decorazione è in grado di creare effetti illusori dissolvendo le superfici e isolando apparentemente alcuni elementi dal contesto dell'intera costruzione. La decorazione svolge una sorta di mediazione tra le semplici forme geometriche degli elementi costruttivi e la fantasia dell'osservatore. L'ornamento si avvale della tridimensionalità per creare dei rilievi in grado di articolare e animare la superficie conferendo a ogni elemento costruttivo un aspetto inconfondibile. Per decorare e creare volumi sporgenti dalle superfici sono in genere necessarie delle casseforme molto dispendiose dato che in questi casi ol-


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2.2.2 Calcestruzzo colorato con 2% di ossido di ferro giallo e cemento grigio e bianco 2.2.3 Superficie liscia del calcestruzzo, casseforme piatte, cemento grigio 2.2.4 Struttura delle tavole non trattata dopo la segatura, tavole non piallate, cemento grigio 2.2.5 Casseforme industriali e tavole non trattate dopo la segatura, cemento Portland bituminoso 2.2.6 Casseforme industriali, struttura in legno, casseforme a struttura Reckli N° 2/23 Alster, cemento grigio 2.2.7 Casseforme industriali, struttura di pietra, casseforme a struttura Reckli N° 2/30 Havel, cemento bianco 2.2.2

2.2.3

2.2.8 Superficie in calcestruzzo bugnata, pietra calcarea, cemento grigio 2.2.9

2.2.4

2.2.5

2.2.6

2.2.7

2.2.8

2.2.9

Superficie sbozzata, ghiaia del Reno, cemento grigio

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Fondamenti


tre all'indispensabile copertura in calcestruzzo dell'armatura è necessario creare casseforme apposite in grado di realizzare forme complesse (fig. 2.2.10). Esigenze delle casseforme

Secondo la DIN 18.217 una superficie in calcestruzzo permanente deve soddisfare determinate esigenze estetiche; per questa ragione il calcestruzzo a vista richiede delle casseforme elaborate con particolare cura così come un'attenta miscelazione del calcestruzzo, la cui lavorazione in cantiere costituisce una fase di fondamentale importanza. Le caratteristiche richieste sono: • superfici ininterrotte e per lo più chiuse; • colorazione omogenea sulle superfici conti gue; • rispetto delle misure richieste nell'ambito delle tolleranze prefissate; • giunture non appariscenti e senza difetti.

2.2.10 Strutturazione della superficie con giunture, decorazioni e rilievi

L'indurimento del calcestruzzo rappresenta un processo chimico ed è quindi necessario che il materiale delle casseforme non lo modifichi e non ne risulti a sua volta modificato. I materiali in grado di soddisfare questa esigenza sono il legno, l'acciaio e le materie sintetiche. La pulizia esterna delle casseforme risulta fondamentale qualora si voglia ottenere una superficie a vista di alta qualità. Le casseforme a tenuta stagna impediscono che la pasta di cemento puro fuoriesca durante la presa e la compressione del calcestruzzo evitando così il cambiamento di colorazione, l'insabbiamento e la formazione di velature. A tal riguardo sarebbe opportuno specificare già nel bando di gara il tipo di incastro delle tavole (tabella 2.2.12). Le tavole di legno devono essere messe a bagno prima dell'impiego per garantirne l'impermeabilità dopo il rigonfiamento. È necessario tenere conto di questo fenomeno quando si costruiscono le casseforme in modo da evitare la formazione di faglie. Gli effetti dei separatori

I separatori servono a garantire il perfetto distacco del calcestruzzo dalle casseforme e a proteggere le tavole. Essi contribuiscono inoltre a evitare i danni che spesso si verificano durante la colata e a migliorare le superfici a vista (tabella 2.2.13). La formazione di macchie e di diverse tonalità di grigio sulla superficie a vista va attribuita a

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un impiego scorretto del separatore. L'applicazione a mano di cere o di paste a indurimento successivo, può lasciare tracce di strofinamento sulla superficie del calcestruzzo. È quindi preferibile utilizzare strumenti meccanici come le lucidatrici o le levigatrici. I separatori liquidi vengono applicati utilizzando degli spruzzatori che ne garantiscono una distribuzione uniforme.

Possibilità di lavorazione della superficie Una caratteristica fondamentale degli elementi costruttivi in calcestruzzo è la possibilità di sottoporli a trattamenti supplementari in cantiere, a edificio concluso, ma soprattutto durante la fase di prefabbricazione, in base alle definizioni contenute nella DIN 18.500. La norma riguarda gli elementi prefabbricati in calcestruzzo con superfici squadrate o trattate in modo particolare, motivo per il quale include il trattamento del calcestruzzo fresco, ad esempio attraverso strie di pennelli o rulli, tra i modi di lavorazione possibili. Il termine "mattone" o "blocchetto" di calcestruzzo viene usato in modo generico per definire elementi costruttivi e pezzi lavorati in calcestruzzo armato e non armato. Durante le diverse operazioni di trattamento della superficie in calcestruzzo vengono messi a nudo i grani dell'inerte nelle sue diverse dimensioni; per questo il risultato della colorazione risulta eterogeneo. A seconda del procedimento di elaborazione adottato si ottengono differenti tipi di rifrazione della luce sulla superficie del grano, che può quindi risultare di tonalità più scura o più chiara. Un piano trattato mostra su più dell'80% della sua superficie la colorazione dell'inerte. Il colore delle parti restanti può essere quello degli elementi più fini del cemento impiegato oppure viene ottenuto aggiungendo dei pigmenti. Per la copertura dell'armatura di una superficie trattata valgono le direttive previste dalla DIN 1045. La misura per la copertura viene data dalla distanza più piccola tra la superficie dell'armatura e la superficie trattata dell'elemento costruttivo. Nel caso, ad esempio, di calcestruzzo immerso in acqua, si prende il punto di immersione più profondo. È possibile combinare vari tipi di trattamento, quali ad esempio la levigatura e la sabbiatura (4 mm + 2 mm = 6 mm), a patto di rispettare le misure minime necessarie.


Fondamenti

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Lavorazione artigianale Attraverso la lavorazione artigianale viene eliminato con lo scalpello lo strato superficiale di cemento del calcestruzzo lasciando così a vista una superficie ruvida e chiara nella quale si riconosce l'inerte parzialmente frantumato. L'uso di cemento bianco, di inerti colorati e di pigmenti consente di ottenere risultati di particolare effetto, enfatizzati dai giochi chiaroscurali.

di profondità. La superficie liscia viene trattata manualmente o con la scalpellatrice con colpi paralleli che scoprono il grano dell'aggregato determinando uno schiarimento della colorazione. Le parti realizzate con inerti di pietre dure non si prestano a questo tipo di lavorazione (fig. 2.2.16).

La lavorazione meccanica Altre possibilità di lavorazione della superficie Bugnatura del calcestruzzo vengono applicate soprattutto La DIN 18.500 definisce bugnata una superfi- a elementi prefabbricati. Si tratta di operazioni cie lavorata con il punzone o con il martello da che possono essere legate al ciclo di produ5 a 6 mm di profondità. Il martello di bugnatura zione del materiale (la segatura e la staccatura) viene utilizzato generalmente per la lavorazione o che al contrario costituiscono dei successivi grossolana della superficie dato che si presta a trattamenti delle superfici (la levigatura, la leviessere impiegato solo per calcestruzzi relativa- gatura fine e la lucidatura) il cui scopo è quello mente morbidi, come ad esempio quelli con di scoprire lo strato superiore del cemento metinerti di pietra calcarea a bassa compattezza. Il tendo in risalto l'aggregato e le sue qualità forpunzone è un tipo di scalpello a punta larga con mali. Questo tipo di mattone in calcestruzzo si il quale si possono lavorare i bordi dell'elemento presta a vari impieghi quali ad esempio le pia(fig. 2.2.8). strellature dei marciapiedi, delle balaustrate, dei cornicioni e dei davanzali, così come risulta esSbozzamento sere un valido rivestimento anche per montanti, La DIN 18.500 definisce sbozzata una superfi- pareti e piani dei piedritti. cie lavorata con lo scalpello a punta da circa 5 fino a 10 mm di profondità. La parte viene sboz-. Segatura zata pezzo per pezzo con il martello (punzone La DIN 18.500 definisce segata una superficie o mazza a mano) e con il punzone. Per ottenere lasciata ruvida e senza ulteriore trattamento dopo un'angolarità esatta i bordi dovrebbero essere la segatura. Questo tipo di lavorazione viene cianfrinati o trattati secondo un procedimento usato per blocchi di calcestruzzo senza armadiverso. La superficie ruvida determina il colore tura (calcestruzzo in blocchi) impiegando seghe più chiaro del calcestruzzo (fig. 2.2.9). di pietra che possono lasciare tracce circolari o parallele. La superficie del calcestruzzo rimane Bocciardatura uniforme e la colorazione è data dall'insieme La DIN 18.500 definisce bocciardata una su- inerte-pietra di cemento. Una successiva lavoperficie lavorata con la bocciarda a circa 6 mm razione è possibile per mezzo della levigatura, di profondità. L'operazione, che può essere ef- della levigatura fine e della lucidatura (fig. 2.2.17). fettuata manualmente o con la bocciardatrice, mette così a nudo l'aggregato determinando Staccatura uno schiarimento della superficie differenziata La DIN 18.500 definisce staccata una superfidel calcestruzzo (figg. 2.2.14 e 2.2.15). cie lasciata ruvida e senza ulteriore trattamento dopo la staccatura. Scalpellatura Di norma la staccatura viene applicata a eleLa DIN 18.500 utilizza il termine per le superfici menti costruttivi in calcestruzzo non armato, lavorate con lo scalpello da circa 4 fino a 5 mm come pietre per la muratura o per il rivestimento 66


Fondamenti

2.2.14 Superficie di calcestruzzo bocciardata, inerte colorato, cemento grigio 2.2.15 Superficie di calcestruzzo bocciardata, inerte chiaro, cemento Portland bituminoso 2.2.16 Superficie di calcestruzzo scalpellata, granito rosso, cemento grigio, 0,3% di ossido di ferro 2.2.17 Superficie di calcestruzzo segata, colorata, cemento bianco 2.2.18 Superficie di calcestruzzo staccata, inerte chiaro, cemento bianco 2.2.19 Superficie di calcestruzzo levigata, inerte chiaro e scuro, cemento bianco e grigio 2.2.20 Superficie di calcestruzzo levigata fine, inerte chiaro e scuro, cemento bianco 2.2.14

2.2.15 2.2.21 Superficie di calcestruzzo lucidata, inerte chiaro e scuro, cemento bianco

2.2.16

2.2.17

2.2.18

2.2.19

2.2.20

2.2.21

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Fondamenti


che vengono vendute come pietra sbozzata o pietra spaccata. I pezzi in lavorazione pronti vengono staccati nella macchina per la formazione dei blocchetti che presentano quindi una superficie ruvida chiara con una struttura movimentata (fig. 2.2.18). Levigatura La DIN 18.500 utilizza il termine per le superfici levigate o staccate una sola volta fino a circa 4 mm di profondità. I solchi della levigatura e i pori possono essere lasciati a vista. La profondità della lavorazione dipende dalla dimensione del grano dell'inerte, poiché di norma il trattamento prosegue fino a quando non viene scoperto il grano più grosso dell'aggregato. Attraverso questa operazione viene rimosso lo strato più superficiale del calcestruzzo ottenendo così un colore che risulta dalla fusione di pietra di cemento e inerte (2.2.19). Levigatura fine La DIN 18.500 utilizza il termine per le superfici levigate, se necessario ulteriormente stuccate e levigate finemente, fino a circa 5 mm di profondità. È un trattamento applicato a una superficie precedentemente levigata in modo grossolano che consente una netta accentuazione del colore (fig. 2.2.20). Lucidatura La DIN 18.500 definisce lucidata una superficie levigata e in seguito levigata finemente a circa 5 mm di profondità con prodotti appositi fino a ottenere un aspetto lucido. La levigatura fine non comporta una diminuzione del materiale trattato. Si tratta di un procedimento di lucidatura naturale; vi è poi un altro tipo di lucidatura ottenuta applicando prodotti specifici (paraffina o resina). Anche in questo caso l'operazione viene definita una lucidatura a cera e considerata un trattamento delle superfici e non un procedimento di lavorazione. La lucidatura consente di accentuare notevolmente il colore delle superfici (fig. 2.2.21). Lavorazione tecnica A differenza dei metodi di lavorazione meccanica, i procedimenti tecnici, quali l'irradiazione e la bruciatura, richiedono apparecchiature complesse. Anche queste operazioni hanno per scopo quello di ottenere sulla superficie in calcestruzzo una struttura più fine o più ruvida a seconda delle esigenze di impiego. Irradiazione La DIN 18.500 definisce irradiata una superficie il cui strato superficiale di malta fine sia stato eliminato da circa 1 fino a 2 mm di profondità tramite irradiazione per mezzo, ad esempio, di sabbia, sfere d'acciaio, corindone o un composto di acqua e sabbia. Questo metodo, che può essere applicato sia durante la produzione di elementi in fabbrica, sia in cantiere a pezzi finiti, viene più genericamente definita un'operazione di sabbiatura, indipendentemente dai materiali 68

utilizzati per l'irradiazione. Essi vengono gettati sotto pressione sulla superficie indurita provocandone un'erosione. Il grano scoperto si presenta leggermente ruvido e quindi più chiaro; una caratteristica che risulta del tutto ininfluente per la sensibilità allo sporco di questa superficie in calcestruzzo, simile a pietra arenaria (fig.2.2.22). Bruciatura La DIN 18.500 definisce bruciata una superficie dalla quale sia stato eliminato uno strato di circa 4-8 mm con una fiamma ad alta temperatura. Dopo la presa, il calcestruzzo viene lavorato con una fiamma a 3200 °C che fonde lo strato superiore in malta di calce e talvolta anche il grano dell'aggregato in pietra calcarea. Nel caso di un inerte al quarzo, le parti superiori del grano si staccano a causa della differenza di temperatura dando vita a una superficie colorata e molto frastagliata (fig. 2.2.23). Lavaggio delle superfici in calcestruzzo La tecnica probabilmente più usata per trattare le superfici è il lavaggio del primo strato di cemento. In base al tipo di inerti impiegati si ottengono effetti formali differenti. Angoloso o rotondo, chiaro o scuro, di colore uniforme o variopinto, l'aspetto del calcestruzzo lavato non è mai lo stesso. Usando un ritardatore, che viene applicato sulle casseforme, si riesce a togliere con il lavaggio anche solo 1 mm di superficie. Il calcestruzzo aquista così un aspetto molto interessante, simile a quello della pietra arenaria, che può essere ulteriormente modificato tramite inerti o pigmenti. Lavaggio con acqua La DIN 18.500 definisce lavata una superficie cui sia stato tolto lo strato superficiale di malta di calce fino a una profondità superiore ai 2 mm, di norma da 4 a 6 mm, tramite lavaggio. Questo tipo di lavorazione è attuabile o sul calcestruzzo fresco oppure con un prodotto ritardante applicato dopo l'indurimento. Si parla di procedimento negativo nel caso in cui la lavatura interessi la superficie a contatto con la cassaforma, cioè la parte posta alla base o su un lato, e di procedimento positivo quando viene applicata sul lato libero. Se le superfici a vista sono a contatto con le casseforme si impone l'uso di ritardatori, mentre se il lavaggio viene effettuato sul lato libero si può effettuare il procedimento diretto (figg. 2.2.24 e 2.2.25). Qualora il grano dell'inerte sia superiore ai 50 mm, si utilizza un lavaggio con un letto di sabbia. Si sistema la ghiaia grossa - prevalentemente rotonda - nelle casseforme su un letto di sabbia prima del getto in modo tale che non risulti completamente coperta di malta. In genere la ghiaia non deve essere scoperta per più della metà del diametro massimo del grano. Questo metodo ha il merito di valorizzare la colorazione naturale dell'aggregato.

Fondamenti


Lavaggio fine con acqua La DIN 18.500 indica con questa definizione un lavaggio ad acqua che asporti lo strato superficiale del calcestruzzo fino a una profondità massima di 2 mm. Questo procedimento, che può essere realizzato sia in negativo sia in positivo, determina solo un effetto ottico differente in quanto scopre solo le punte del grano dell'inerte. Il grano di una superficie sottoposta a lavaggio fine ha di norma un diametro di 16 mm, di 8 mm in casi eccezionali quando si voglia ottenere una trama particolarmente fine (fig. 2.2.26). Lavaggio con acidi Un tipo particolare di lavaggio è quello fatto in una prima fase con acidi diliuti e poi con acqua. La DIN 18.500 definisce lavata con acidi una superficie dalla quale, attraverso un procedimento chimico, sia stato tolto lo strato superficiale fino a 0,5 mm di profondità. Questo metodo viene utilizzato se si vuole ottenere una leggera rugosità della superficie. La tessitura così raggiunta assomiglia molto a una superficie in pietra arenaria, in quanto l'operazione consiste nel mettere a nudo e pulire ogni singolo grano dell'aggregato. Il lavaggio con acidi viene praticato solo nella torre di calcestruzzo e solo su superfici di dimensioni ridotte in modo da evitare danni all'ambiente (fig. 2.2.27).

Utilizzo di stratificazioni II gusto dell'uomo per determinate forme architettoniche segue le evoluzioni tecniche ed economiche, ma si adatta anche alle mode del tempo. Fino a circa venticinque anni fa i criteri di fondo delle scelte architettoniche erano ancora l'audacia ai limiti delle possibilità tecniche, i costi ridotti e la possibilità di un'esecuzione rapida. L'estetica del tempo prediligeva le forme geometriche e materiali costruttivi non rivestiti. Oggi questi criteri non sono più validi: si da maggior peso alla qualità, il fattore economico è legato solidità e in generale si ha una concezione mutata sull'aspetto che gli edifici debbono avere. La volontà di dominare l'ambiente cittadino o la campagna con costruzioni di dimesioni gigantesche è stata sostituita dall'aspirazione a integrarle nello spazio circostante. Emerge una maggiore tendenza alla strutturazione e alla ricerca di cromatismi più sottili attraverso la combinazione dei materiali o la copertura delle superfici con colori diversi. Presupposti per il rivestimento Durante la fase di progettazione è necessario considerare le caratteristiche del calcestruzzo non rivestito rispetto ai criteri di resistenza al tempo, di stabilità e di risultato estetico. Queste caratteristiche dipendono dal tipo di progettazione e costruzione, dalla composizione del conglomerato, dalla cura con la quale viene prodotto, lavorato e trattato e dall'aggressività degli agenti ai quali sarà esposto. Gli elementi in calcestruzzo progettati ed eseguiti accuratamente, utilizzando le attuali tecnologie, possiedono un'alta stabilità e resistenza al tempo; solo in casi eccezionali risulta quindi indispensabile procedere a un rivestimento, che non è necessario neppure in caso di piogge acide. La copertura non dovrebbe inoltre essere considerata un rimedio a una prevedibile scarsa qualità del materiale. Essa può essere invece utile nel caso in cui si voglia limitare la delicatezza delle superfici causata da inevitabili difetti di produzione o migliorare l'estetica degli elementi costruttivi. La formazione di efflorescenze o macchie provocate dagli sbalzi di umidità cui si trovano esposti i componenti a vista, è quasi inevitabile anche con una progettazione e una produzione accurate. Sono questi i casi in cui un rivestimento adeguato può migliorare l'aspetto. La colorazione non è in grado di ovviare a lacune di natura strutturale; la sua finalità primaria è infatti quella di enfatizzare o di completare. Il colore può essere sia vicino a quello dei materiali usati sia completamente diverso. Esso è in grado inoltre di dar rilievo o armonizzare anche contesti più vasti. La colorazione dovrebbe risultare sempre da esigenze intrinseche al progetto e quindi esserne ritenuta parte integrante.

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Fondamenti


Tipi di rivestimenti La DIN 1045 prevede che gli elementi continuamente esposti a sostanze chimiche (DIN 4030), quali ad esempio gli acidi, vengano protetti. In questi casi gli strati devono avere uno spessore di alcuni millimetri perché ogni punto difettoso causa infiltrazioni. Vengono impiegate resine epossidiche, resine epossidiche al catrame e poliuretani, ma anche plastica resistente agli acidi o piastrelle in ceramica. Il rivestimento per opere di architettura civile o ingegneria può risultare vantaggioso quando evita: • una colorazione più scura causata dalle piogge (differènza tra umido e secco); • la stratificazione di sporco; • infiltrazioni; • le macchie provocate dalla canalizzazione del l'acqua. Anche in questo contesto vengono richieste alcune proprietà di base ai materiali di rivestimento, quali la resistenza agli agenti atmosferici per almeno vent'anni senza subire grandi cambiamenti, e, passato questo tempo, quella di essere facilmente sostituibili. Ciò vale persino per i rivestimenti sottile e velato (sigillatura), nonostante possano passare del tutto inosservati allo sguardo dei non addetti ai lavori. I rivestimenti consentono di mantenere invariato nel tempo l'aspetto di una superficie colorata con pigmenti e/o ulteriormente trattata. Vernici colorate possono essere impiegate per enfatizzare le dimensioni di grandi superfici, o l'effetto di alcune parti sull'intera costruzione. Le tinte devono adattarsi sempre al sottofondo in calcestruzzo. Molte sono le caratteristiche richieste alla vernice che si basano sulle direttive contenute nella DIN 55.945. Anche le vernici applicate per motivi estetici devono presentare i seguenti requisiti: • resistenza alle sostanze alcaline che fuorie scono dal calcestruzzo; • buona aderenza al calcestruzzo; • buona aderenza all'interno del sistema di verniciatura; • possibilità di riverniciatura con la stessa vernice; • resistenza agli agenti atmosferici; • resistenza a eventuali scarichi industriali nell'atmosfera e/o a sostanze sciolte nell'acqua;

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• • • • •

resistenza alla luce o ai raggi infrarossi; resistenza allo sporco; permeabilità sufficiente di vapore acqueo; eventuale resistenza all'acqua corrente; eventuale resistenza al lavaggio e allo sfregamento.

Per la verniciatura o il rivestimento si prestano soprattutto colori minerali idraulici o che seccano all'aria, colori al silicato, colori sintetici a dispersione o colori a resina polimerizzata. L'impregnamento idrorepellente causa una riduzione temporanea dell'assorbimento capillare dell'acqua mentre rimane invariata la permeabilità del vapore acqueo della superficie di calcestruzzo poiché non vi è formazione di uno strato impermeabile. L'effetto condensa che si verifica all'inizio svanisce con il tempo senza però che la protezione venga a meno. Delle sigillature riempiono parzialmente i pori capillari del sottofondo in calcestruzzo e formano contemporaneamente uno strato sottile e continuo sulla superficie. Esse riducono tra l'altro l'assorbimento dell'acqua e la diffusione dell'anidride carbonica. I rivestimenti sono in grado di soddisfare un ampio spettro di prestazioni che abbiano però come caratteristica comune una riduzione o l'impedimento della penetrazione dell'acqua (figg. 2.2.28 e 2.2.29).

Influenze atmosferiche L'invecchiamento delle facciate dipende sia dai materiali impiegati sia dall'azione degli agenti atmosferici. Perché una costruzione si mantenga in buono stato è necessario prevenire l'inevitabile degrado che si verifica nel corso del tempo e introdurre un sistema di deviazione controllata dell'acqua piovana sulla facciata. I punti di un edificio esposti ai venti sono quelli in cui si registra un maggiore accumulo d'acqua e quindi di residui. Lo scorrimento delle acque può consentirne il deflusso, evitando la formazione di macchie da ristagno (da fig. 2.2.30 a fig. 2.2.34). Anche l'inclinazione o la pendenza di una superficie in calcestruzzo sono fattori importanti. Le superfici verticali presentano un accumulo di depositi minore sia perché ricevono di regola meno acqua sia perché essa scorre più velocemente. Un piano inclinato all'indietro prendendo più acqua risulta maggiormente soggetto alla formazione di residui, che si depositano soprattutto lungo i bordi inferiori.

Fondamenti


2.2.22 Superficie in calcestruzzo sabbiato, quarzo di Singenhofen 0-16 mm, cemento bianco, 0,2% ossido di ferro giallo 2.2.23 Superficie in calcestruzzo bruciato, ghiaia del Reno 0-16 mm, cemento bianco, 3% biossido di titanio 2.2.24 Superficie in calcestruzzo lavato, inerte con grano rotondo, cemento grigio 2.2.25 Superficie in calcestruzzo lavato, inerte con grano angoloso, cemento Portland bituminoso 2.2.26 Superficie in calcestruzzo lavato fine, sabbia del Reno, porfido 0-16 mm, cemento bianco, 1% ossido di ferro rosso 2.2.27 Superficie in calcestruzzo trattato con acidi, inerte chiaro, cemento bianco 2.2.22

2.2.23

2.2.28 Superficie in calcestruzzo con rivestimento coprente, colore a resina acrilica 2.2.29 Superficie in calcestruzzo con vernice trasparente, colore a minerali

2.2.24

2.2.25

2.2.26

2.2.27

2.2.28

2.2.29

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Fondamenti


Un piano inclinato in avanti è in genere più protetto e rimane di norma asciutto. Il bordo superiore deve essere progettato però in maniera tale da impedire all'acqua di defluire verso il basso dove lascerebbe presto il segno della sua traiettoria di scorrimento, danneggiando l'aspetto dell'intera facciata dell'edificio (fig. 2.2.35). L'osservazione di queste premesse rappresenta una base importante per poter costruire opere in calcestruzzo in modo appropriato. Il dettaglio architettonico progettato correttamente consente di evitare un incontrollato degrado della facciata provocato dall'azione degli agenti atmosferici. Non sono necessarie soluzioni complesse, ma una valutazione logica delle peculiarità della fisica tecnica.

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Fisica tecnica Jòrg Brandt

2.3.1 Influssi su elementi costruttivi esterni e loro conseguenze

Generalità

Richieste di base

Nel campo della tecnologia delle costruzioni, la fisica tecnica rappresenta una disciplina a parte, che si occupa in primo luogo dell'acustica, delle condizioni climatiche degli spazi interni e quindi della loro resistenza al calore, all'umidità e agli incendi. Il suo obiettivo è quello di raggiungere un'alta qualità costruttiva che consenta all'edificio di mantenersi in buono stato nel tempo attraverso l'uso di tecnologie che rispettino l'ambiente e contribuiscano al risparmio energetico. La qualità atmosferica dei luoghi interni incide in modo determinante sulla salute dell'uomo, dato che è tra la casa e il posto di lavoro che egli trascorre due terzi della vita. In tal senso i provvedimenti di salvaguardia assumono sempre maggior importanza nei progetti architettonici destinati alle attività sociali. Se in passato ci si preoccupava della salute degli uomini solo in seguito allo scoppio di epidemie come la peste, il tifo e il colera, oggi l'igiene nell'edilizia civile si occupa di eliminare le cause delle malattie della civiltà contemporanea attraverso lo studio delle influenze climatiche dei luoghi e l'individuazione delle condizioni ideali in grado di garantire il benessere. I fattori principali sono la temperatura e la percentuale di umidità, le correnti d'aria, il tipo di luce e di illuminazione, il livello di inquinamento da rumori e gas di scarico, i sistemi di ventilazione e riscaldamento, la strutturazione e l'arredamento dell'edificio. Tutto ciò si traduce in fase di progettazione nel rispetto delle richieste e delle connessioni con la fisica tecnica.

La progettazione e la strutturazione dell'ambiente si ispira in primo luogo all'uomo. La normativa edile dei Lander tedeschi contiene le richieste di base per la progettazione e la realizzazione di edifici relative alla salvaguardia della salute dei loro utenti. Il paragrafo 3 del modello di regolamento edile enuncia: "La pianificazione, la realizzazione, le eventuali modifiche e la manutenzione degli impianti edili devono essere tali da garantire misure di sicurezza e ordine pubblico che tutelino in primo luogo la vita e la salute". Queste considerazioni generali trovano una descrizione più dettagliata nel paragrafo 16: "Gli impianti edili devono essere realizzati in modo tale da evitare i pericoli e i disagi provocati dall'acqua, dall'umidità, dalle sostanze contaminanti, dall'azione degli agenti atmosferici, da parassiti vegetali o animali e da interferenze di natura chimica o fisica". Queste indicazioni di base consentono di dedurre le caratteristiche relative agli edifici, ai loro componenti e ai materiali impiegati necessari alla realizzazione degli ambienti idonei alla vita e alle attività umane. Esse tracciano inoltre le direttive cui attenersi per una valida attività interdisciplinare.

La priorità delle esigenze costruttive varia in base al tipo di edificio, alla destinazione d'uso e alla sua posizione; mentre l'aspetto economico determina esclusivamente la scelta dei materiali edili (fig. 2.3.1). La struttura dell'edificio e le caratteristiche di fisica tecnica dei singoli elementi possono creare i presupposti affinchè, attraverso il riscaldamento e la ventilazione, si raggiungano esiti ottimali nella climatizzazione degli spazi interni. fattori primari e dominanti fattori supplementari fattori secondari e supponibili

2.3.2 Benessere termico in relazione ai fattori fisiologici, intermediari e fisici

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Condizioni climatiche degli spazi II clima di un ambiente risulta dall'azione combinata di diversi fattori climatici, i più importanti dei quali sono: la temperatura, la corrente, la composizione e il contenuto di sostanze nocive nell'aria, la temperatura della superficie degli elementi, la loro percentuale di umidità e la resistenza all'umidità, la radioattività dei componenti e dell'aria. Nelle pagine seguenti ci occuperemo di questi elementi mettendone in risalto le condizioni di massima e le esigenze legate alla tecnologia costruttiva.

Fisica tecnica

Fondamenti

II benessere termico

L'uomo raggiunge di norma il migliore rendimento fisico e mentale se la sua attività si svolge in un ambiente con una temperatura ottimale. Il nostro corpo risulta in equilibrio a una temperatura costante, che si aggira intorno ai 37 °C, legata a un vasto insieme di fattori classificabili in tre gruppi principali: condizioni fisiche, fisiologiche e intermediarie. La figura 2.3.2 elenca 21 fattori di influenza dei quali 6 indicati come primari e dominanti, 8 supplementari e 7 secondari e supponibili. Tra le condizioni primarie e dominanti, i seguenti influssi fisici hanno conseguenze anche sulla progettazione edilizia: • la temperatura dell'aria negli ambienti; • la temperatura delle superfici degli elementi che formano lo spazio; • l'umidità relativa nello spazio; • il movimento dell'aria vicino alle persone.

2.3.3 Campo di benessere dell'uomo in ambienti chiusi in rapporto alla temperatura dell'ambiente e alla temperatura media delle superfici che delimitano lo spazio Limiti di validità umidità relativa cp, dal 30 al 70% movimento dell'aria v da 0 a 20 cm/s equilibrio termico quasi completo di tutte le superfici ohe delimitano l'ambiente (secondo H. Reiher e W. Frank)

Il benessere termico viene quindi indicato da valori che possono oscillare in base all'abbigliamento, al tipo di attività svolta e alla sensibilità individuale. Mettendo questi indici in relazione con la temperatura dell'aria negli ambienti si ottengono i campi di benessere illustrati nelle figure 2.3.32.3.7. Isolamento termico richiesto dalle misure igieniche In base a ciò (secondo L. Terhaag) è possibile stabilire i valori limite per il benessere termico in luoghi chiusi, riferiti all'inverno e all'estate, come mostra la tabella 2.3.10. Per il calcolo del valore "k" è stata ipotizzata una temperatura interna di 22 °C circa, di -10 °C all'esterno e un coefficiente di trasformazione termica sul lato 2 interno di 8 W/m K. Esigenze per l'inverno I valori "k" più bassi della tabella 2.3.10 sono 2 quelli indicati nelle righe 3 e 5 con 0,75 W/m K con la condizione che la differenza termica tra l'aria e la superficie degli elementi costruttivi o tra soffitto e pavimento non superi i 3 K. Questo valore risulta sensibilmente inferiore al valore li 2 mite di 1,39 W/m K per l'isolamento termico mi nimo previsto dalla norma DIN 4108, Isolamento termico nell'architettura civile. II valore "k" per la finestra indicato nella quarta 2 riga è nettamente maggiore, < 2,0 W/m K, e rap presenta una concessione ai limiti tecnici e di economia, dato che, anche per le finestre, un in dice basso risulterebbe vantaggioso. In questo caso si è tenuto conto del fatto che lo scambio di calore attraverso radiazioni è particolarmente alto tra l'individuo e il piano della finestra e che in prossimità delle finestre, si verifica una radia zione termica asimmetrica, e quindi negativa, dal corpo verso la finestra. L'influenza dei piani delle finestre sulle zone del benessere termico viene descritta nella figura 2.3.9 dove è indicato chiaramente il limite del be-

2.3.4 Campo di benessere dell'uomo in ambienti chiusi in rapporto alla temperatura dell'aria e all'umidità relativa Limiti di validità temperatura media della superficie delle limitazioni dell'ambiente di0 da 19,5 fino a 23 °C movimento dell'aria v da 0 a 20 cm/s (secondo F.P. Leusden e H. Freymark)

2.3.5 Campo di benessere dell'uomo in ambienti chiusi in rapporto alla temperatura dell'aria e al movimento dell'aria Limiti di validità temperatura media della superficie delle limitazioni dell'ambiente da 19,5 a 23 °C umidità relativa dal 30 al 70% (secondo Rietschel-RaiB)

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Fondamenti

Fisica tecnica

nessere sul lato in cui si trovano le finestre. Se l'ambiente fosse utilizzato come ufficio, si dovrebbe posizionare la scrivania in questa zona e orientare gli schienali delle poltrone verso le pareti interne per evitare la radiazione termica asimmetrica del corpo verso la finestra, che risulta nociva per la salute.

2.3.6 Campo del benessere dell'uomo in ambienti chiusi in rapporto alla temperatura dell'ambiente e alla temperatura del pavimento Limiti di validità umidità relativa dal 30 al 70% movimento dell'aria v da 0 a 20 cm/s (secondo H. Reiher e W. Frank)

2.3.7 Campo di benessere dell'uomo in ambienti chiusi in rapporto alla temperatura dell'ambiente e alla temperatura del soffitto Limiti di validità umidità relativa dal 30 al 70% movimento dell'aria v da 0 fino a 20 cm/s (secondo H.G. Wenzel e A. Mùller)

Esigenze per l'estate Per evitare in estate un aumento superiore alle temperature limite massime indicate nella tabella 2.3.10 e un'oscillazione troppo forte della temperatura dell'ambiente durante il giorno, è necessario collocare sul lato interno degli elementi costruttivi un accumulatore termico efficiente. Il rapporto dell'ampiezza della temperatura TAV è un parametro che valuta l'effetto dell'accumulazione termica in elementi costruttivi esterni. Un TAV di 0,1 significa, ad esempio, che solo il 10% dell'ampiezza della temperatura viene trasmesso dal lato esterno dell'elemento costruttivo al suo lato interno. Un TAV basso, specialmente per tetti e soffitti, influisce in modo positivo sulla temperatura dell'ambiente in estate. Perciò il valore TAV non dovrebbe essere superiori a 0,15 per pareti esterne e a 0,10 peri tetti. Gli elementi costruttivi che adempiono a questa richiesta sono quelli in cui il materiale di accumulazione termica può essere posizionato verso l'interno, quali le pareti in muratura e le pareti a più strati, i soffitti e i tetti in calcestruzzo con strati di accumulazione termica posizionati sulla superficie o in mezzo. Se materiali con potenzialità di accumulazione termica vengono coperti da rivestimenti isolanti, i valori TAV risultano sensibilmente superiori a 0,15. Acqua e umidità Affinché le condizioni di benessere termico si mantengano nel tempo è necessario proteggere gli elementi costruttivi dall'umidità. L'isolamento termico diminuisce se aumenta l'umidità, provocando un abbassamento anche della temperatura delle superfici rivolte all'interno. Durante l'inverno gli elementi costruttivi umidi risultano in pericolo a causa del gelo. L'umidità sulla superficie interna comporta la formazione di aspergini le cui le spore possono danneggiare la salute degli abitanti. L'umidità della costruzione Gli elementi costruttivi di edifici nuovi possono contenere acqua, che può essere quella utilizzata per amalgamare la malta o il calcestruzzo o quella piovana assorbita dalla muratura durante la fase di costruzione. Ricerche recenti sulla fase di essiccazione del calcestruzzo normale, del calcestruzzo per superfici e di blocchi forati in calcestruzzo realizzato con argilla soffiata e detriti mostrano che l'evaporazione dell'acqua è molto veloce nei primi mesi. Ma già dai quattro ai sei mesi la velocità di essiccazione diminuisce a 5 g/m2 al giorno. Perciò, il clima dell'ambiente non dovrebbe essere influenzato negativamente da evaporazioni. La tabella 2.3.8 mostra l'andamento tipico dell'es-

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siccazione del calcestruzzo. L'umidità finale del calcestruzzo si forma generalmente già in fase di costruzione. L'umidità degli elementi costruttivi sotto terra Gli elementi costruttivi che sono a contatto con la terra possono subire sollecitazioni dalla pressione idraulica e da acqua stagnante. Drenaggi, applicazioni di guarnizioni verticali e orizzontali, l'uso di calcestruzzi resistenti all'acqua e la costruzione di un raccordo concavo impediscono la penetrazione dell'umidità negli elementi costruttivi e nei muri al di sopra delle fondamenta. Pioggia di stravento È importante che l'acqua che si infiltra nel muro esterno durante le piogge di stravento venga rilasciata durante i periodi secchi. Più è bassa la resistenza parziale della diffusione sd della superficie, ad esempio dell'intonaco, più è lento il processo di essiccazione. Il rivestimento della superficie dovrebbe quindi essere resistente all'acqua o idrorepellente, ma nello stesso tempo lasciar traspirare il più possibile il vapore acqueo. L'azione provocata dalle piogge di stravento sugli edifici o da parti di edifici viene classificata in categorie di sollecitazioni. Nella categoria I (scarsa sollecitazione delle piogge di stravento) sono elencate zone con poco vento e con meno di 600 mm di precipitazioni all'anno o luoghi protetti dal vento in regioni con maggiori precipitazioni. Nella categoria II (sollecitazione media delle piogge di stravento) vengono elencate zone con quantità di precipitazioni da 600 mm a 800 mm all'anno, luoghi protetti in regioni con maggiori precipitazioni così come grattacieli ed edifici molto esposti che normalmente sarebbero di pertinenza della categoria I. Nella categoria III (sollecitazione forte delle piogge di stravento) vengono elencate zone con più di 800 mm di pioggia all'anno e luoghi esposti al vento della categoria II. Secondo la dimensione delle sollecitazioni si devono applicare misure di protezione come ad esempio un rivestimento o un intonaco adatti o gusci di protezione antistante alla muratura con aerazione. La tabella 2.3.11 dimostra che le murature con superfici realizzate in calcestruzzo compatto sono più resistenti alla pioggia di stravento. Al contrario, gli elementi costruttivi realizzati in calcestruzzo poroso richiedono provvedimenti di protezione particolari che variano a seconda delle esigenze, come intonaci idrorepellenti o resistenti all'acqua, rivestimenti o gusci di protezione con aerazione.

2.3.9 Influenza della finestra sul benessere termico in una stanza F = finestra; PE = parete esterna; PI = parete interna = valore ottimale per il benessere con dichiarazione della sensazione "neutrale" (= "gradevole", valore 0,00) = limite del campo di benessere del lato con finestre nel senso più largo, definito dal normale valore medio del campo di benessere termico individuale

La condensa su superfici interne Per evitare la formazione dell'acqua di condensa sulle superfici rivolte all'interno è necessario che l'isolamento termico garantisca una temperatura della superficie degli elementi costruttivi superiore al punto di disgelo dell'aria ambientale. L'umidità prodotta dall'utilizzo dei locali deve essere espulsa attraverso l'aerazione affinché l'umidità relativa si mantenga nella dimensione desiderata dal 40 al 60%. Per questo motivo nelle zone eli-

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matiche dell'Europa centrale, gli elementi costruttivi esterni in calcestruzzo devono essere provvisti di un isolamento termico idoneo che varia a seconda della funzione dell'edificio o degli elementi costruttivi che lo compongono. La formazione dell'acqua di condensa sulle superfici viene favorita da ponti di calore condizionati da motivi geometrici o costruttivi e dagli angoli dietro a tende o armadi che risultano difficilmente aerabili. L'aumento dei danni sulle superfici provocati dalla condensa che si è verificato negli ultimi tempi dipende dall'esigenza di risparmiare energia per il riscaldamento: la temperatura dell'aria dell'ambiente viene abbassata, le giunture delle finestre vengono sigillate riducendo così la possibilità di un ricambio "automatico" dell'aria. In questo modo, non risultando necessario aprire le finestre, non viene effettuato un regolare ricambio dell'aria. L'acqua di condensa causata dalla diffusione di vapore acqueo La quantità di acqua di condensa che si infiltra nell'elemento costruttivo durante l'inverno non risulta pericolosa se l'azione dell'isolamento termico non viene sensibilmente diminuita, se il gelo non provoca danni e se l'estate è abbastanza lunga da consentire l'essiccazione. A tal proposito è necessario tenere sotto controllo le mutazioni del materiale e la posizione del punto di disgelo. La diffusione del vapore acqueo non crea di norma problemi agli elementi costruttivi a strato unico come pareti in muratura di calcestruzzo leggero. Per costruzioni a più strati vale la regola che la resistenza alla diffusione dei singoli strati deve diminuire dall'interno verso l'esterno. Materiali costruttivi molto porosi che lasciano facilmente passare il vapore acqueo, soprattutto se a più strati, richiedono spesso provvedimenti di aerazione o di isolamento al vapore sul lato interno per evitare che le parti si inumidiscano. La DIN 4108, parte 3, che stabilisce i dati climatici a norma, conferma l'innocuità della diffusione di vapore. Se risulta impossibile dimostrare una diffusione controllata del vapore acqueo nella costruzione, è necessario modificare la struttura degli strati o aggiungere un altro tipo di isolante al vapore. In base alla DIN 4108, parte 3, i seguenti elementi costruttivi non richiedono una documentazione di prova: • muratura secondo la DIN 1053, parte 1, rea lizzata con pietre artificiali senza un ulteriore strato di isolamento termico a uno o due gu sci, rivestita o intonacata o con un rivestimento murato o applicato con della malta secondo la DIN 18.515 (parte delle giunture almeno 5%) e muratura a due gusci con intercapedine di aerazione secondo la DIN 1053, parte 1, senza o con un ulteriore strato di isolamento termico; • muratura secondo la DIN 1053, parte 1, rea lizzata in pietre artificiali con uno strato di iso lamento termico applicato sul lato estemo e un intonaco per esterni con un agglomerato minerale secondo la DIN 18.550, parti 1 e 2, 78

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o un intonaco di resina artificiale in cui lo strato di aria equivalente alla diffusione sd degli intonaci sia 4,0 m - o con un rivestimento dotato di un'intercapedine di aerazione; • muratura secondo la DIN 1053, parte 1, rea lizzata in pietre artificiali con uno strato di iso lamento termico posto sul lato interno con sd > 0,5 m (compreso l'intonaco) e con un'into nacatura esterna o con un rivestimento dotato di un'intercapedine di aerazione; • muratura secondo la DIN 1053, parte 1, realiz zata in pietre artificiali con lastre leggere in lana di legno secondo la DIN 1101, intonacata o ri vestita sul lato esterno come muratura a vista (niente clinker secondo la DIN 105) o intona cata o rivestita con intercapedine di aerazione; • pareti realizzate in calcestruzzo leggero senza pori secondo la DIN 4219, parti 1 e 2, senza ulteriore strato di isolamento termico; • pareti realizzate in calcestruzzo armato con pori secondo la DIN 4223 senza ulteriore strato di isolamento termico con un intonaco in re sina artificiale con sd < 4,0 m, un rivestimento con intercapedine di aerazione o con un gu scio antistante dotato di un'intercapedine di aerazione; • pareti realizzate in calcestruzzo leggero con detriti secondo la DIN 4232, intonacate su en trambi i lati o sul lato esterno con un rivesti mento dotato di un'intercapedine di aerazione senza ulteriore strato di isolamento termico; • pareti realizzate in calcestruzzo normale se condo la DIN 1045 o in calcestruzzo leggero senza pori secondo la DIN 4219, parti 1 e 2, con uno strato esterno di isolamento termico e un intonaco esterno con agglomerati mine rali secondo la DIN 18.550, parti 1 e 2, o con un intonaco in resina artificiale, un rivestimento o un guscio antistante; • tetti con uno strato di isolamento al vapore (sd > 100 m) posto al di sopra o nell'isolamento termico in modo tale che la resistenza alla per meabilità del vapore degli strati costruttivi al di sotto dello strato di isolamento non superi il 20% della resistenza totale; • tetti a guscio unico realizzati in calcestruzzo poroso secondo la DIN 4223, senza strato di isolamento al vapore sul lato inferiore. Non è necessario fornire una documentazione di prova per i tetti dotati di uno spazio di aerazione, posto al di sopra dell'isolamento termico, a condizione che si osservino le seguenti indicazioni: a) per tetti con pendenza > 10° • il diametro della zona di aerazione delle singole aperture posizionate nelle due grondaie op poste deve essere pari almeno al 2%o della su perficie del tetto in pendenza, o di almeno 200 cm2 per grondaia; • l'apertura di aerazione presso la linea di colmo deve essere pari almeno allo 0,5%o dell'intera superficie del tetto in pendenza; • il diametro di aerazione libero nella zona del tetto al di sopra dello strato di isolamento ter mico deve essere di almeno 200 cm2 per ogni

metro verticale in direzione della corrente e la sua altezza libera di almeno 2 cm; • lo spessore dello strato di aria equivalente alla diffusione sd degli strati costruttivi posti al di sotto dello spazio aerato varia in base alla lun ghezza dei travetti inclinati (a): a2m a5m a>15m:sd>10m b) Per tetti con pendenza < 10° • il diametro di aerazione delle singole aperture posizionate nelle due grondaie opposte deve essere pari almeno al della superficie del l'intero piano del tetto; • l'altezza della zona di aerazione libera nella zona del tetto, posta al di sopra dello strato di isola mento termico deve essere di almeno 5 cm; • lo spessore dello strato di aria equivalente alla diffusione sd degli strati costruttivi posti al di sotto dello spazio aerato deve essere di al meno 10 m. e) Nei tetti già provvisti di strati di isolamento al vapore (sd > 100 m), questi devono essere posizionati in modo tale che la resistenza alla permeabilità del vapore degli strati costruttivi non superi il 20% dell'intera resistenza. d) Nei tetti costruiti a strati e dotati di una soffittatura massiccia, l'isolamento termico deve essere il primo strato posto al di sotto dello spazio aerato. • Tetti in calcestruzzo poroso realizzati, secondo la DIN 4223, senza un ulteriore strato di isola mento termico e senza uno strato di isolamento al vapore sul lato inferiore. Assorbimento del vapore acqueo La capacità di assorbimento degli elementi costruttivi che delimitano gli ambienti risulta essere un fattore di estrema importanza per quei locali in cui, in alcuni momenti, si verifica una massiccia formazione di vapore acqueo, quali ad esempio i bagni, le cucine, le aule scolastiche o le saleriunioni. In questi casi è necessario che i componenti siano in grado di assorbire rapidamente l'umidità, di trattenerla e rilasciarla solo in una seconda fase riequilibrando così le forti oscillazioni dell'umidità relativa nello spazio. Il seguente esperimento spiega il processo di assorbimento del vapore acqueo: in due stanze delle dimensioni di 4 x 4 x 2,5 m, con un'umidità relativa del 50%, si fanno evaporare 200 g di acqua nell'arco di 30 minuti. L'umidità relativa dovrebbe salire al 79%. Nella stanza A, le pareti e il soffitto sono rivestiti con un intonaco in calce e l'umidità relativa sale solo al 58%, mentre nella stanza B, dove sull'intonaco è stato passato un colore a olio resistente al vapore acqueo, l'umidità relativa sale quasi fino al previsto 79%. Quattro ore dopo l'evaporazione, l'umidità relativa nella stanza B risulta ancora più alta, e precisamente del 10%, rispetto a quella della stanza A (fig. 2.3.12). 79

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Questi fenomeni interessano solo gli strati superficiali degli elementi costruttivi quali gli intonaci o la tappezzeria, come dimostrano i risultati delle ricerche riportati nella tabella 2.3.14, in base ai quali l'assorbimento del vapore acqueo è indipendente dal materiale degli elementi costruttivi. Radioattività naturale

2.3.13

Radioattività, naturale all'aperto

Sin dai primordi l'umanità si trova esposta ai raggi ionizzanti. La cosiddetta radiazione cosmica ha origine dalla fusione nucleare nel Sole e varia in base all'altezza del luogo in cui viene misurata. Una seconda fonte di radiazioni ionizzanti proviene dalle sostanze radioattive contenute nel sottosuolo come l'uranio, il radio e il torio. Il livello radioattivo presente nel corpo umano viene misurato in mSv/a. In Germania l'insieme della radioattività cosmica e terrestre si aggira intorno a 0,3 mSv/a, se misurata in mare aperto, e a 2,0 mSv/a a un'altitudine di 3000 m su roccia granitica (fig. 2.3.13). A queste si aggiungono le sostanze radioattive presenti nell'aria e nel cibo che fanno salire in Germania l'indice di radioattività naturale a circa 2,4 mSv/a (tabella 2.3.15). La radioattività dei calcestruzzi Ogni pietra naturale, così come ogni tipo di terreno, contiene quantità ridotte di potassio 40, radio226 e torio-232 che, disgregandosi, sviluppano il radon, un gas nobile radioattivo. Di conseguenza, i materiali edili realizzati con queste materie prime rilasciano nell'aria una piccola quantità di radon. La radioattività specifica dei calcestruzzi dipende dalla loro composizione e comunque l'influenza del cemento sulla radioattività del calcestruzzo è irrisoria, data la quantità minima presente nel materiale. La radioattività naturale dei calcestruzzi impiegati in Germania risulta molto bassa anche rispetto a quella di altri materiali costruttivi (tabella 2.3.16). I valori sono stati tratti dalla relazione annuale del 1987 sulla radioattività nell'ambiente e sui danni causati da radiazioni pubblicata dal Ministero dell'ambiente, tutela della natura e sicurezza radioattiva. La somma è stata calcolata in base alla cosiddetta formula di Leningrado. Quando il valore è inferiore a 1, le radiazioni sull'individuo che si trovi in una stanza le cui pareti siano realizzate esclusivamente nel materiale indicato con uno spessore infinito rimangono al di sotto di 1,5 mSv/a. Il radon negli ambienti interni Da ricerche svolte nelle case, è emerso che il radon presente negli interni proviene principalmente dal terreno e non dai materiali impiegati. È stato inoltre rilevato che gli edifici protetti da lastre sui pavimenti e da pareti di calcestruzzo nelle cantine presentano una concentrazione di radon nettamente più bassa rispetto alle case d'epoca costruite con una pavimentazione in argilla battuta e una muratura in pietra naturale con grosse giunture nelle cantine. In Germania si raccomanda 80

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che la presenza di radon nell'aria degli ambienti interni non superi per lungo tempo i 250 Bq/m3. Il valore medio si aggira intorno ai 50 Bq/m3. Sostanze dannose nell'aria e ricambio d'aria In condizioni abitative normali è necessario per la salute dell'uomo che vi sia un ricambio minimo di aria fresca dallo 0,5 allo 0,8 sul volume totale dell'aria presente nei locali ogni ora. Questo ricambio consente inoltre l'espulsione di particolari sostanze che, se mantenute al di sotto di determinati livelli, non costituiscono alcun rischio. Tra le fonti di questi effetti inquinanti nelle case vi sono: • secrezioni umane, soprattutto vapore acqueo, biossido di carbonio, odori, germi patogeni; • vapore acqueo e odori provenienti dal bucato, dai bagni, dalle cucine e dalle piante d'appar tamento; • sostanze contenute nei prodotti per la pulizia delia casa; • gas prodotti da stufe, cucine e camini; • gas emessi dai materiali costruttivi e dagli ar redi come impregnanti del legno, formaldeide e radon. Il ricambio minimo dell'aria viene determinato anche dalla quantità di sostanze inquinanti presente nei locali. Il ricambio minimo dell'aria per evitare la formazione di condensa e di vapore acqueo sulla superficie degli elementi costruttivi varia in base all'uso degli ambienti, alle dimensioni e all'attività che vi viene svolta. Questo ricambio, necessario per ragioni sia igieniche sia legate alla fisica tecnica, viene stabilito in base al contenuto di vapore acqueo e di sostanze inquinanti nell'ambiente e nell'aria esterna, quindi dalla differenza tra l'aria di alimentazione e l'aria viziata. La tabella 2.3.17 mostra che per eliminare la stessa quantità di vapore acqueo il valore del ricambio d'aria è più alto se aumenta la temperatura esterna. Esso cresce di 2,6 volte durante la stagione intermedia con una temperatura di +10 °C e il 70% di umidità relativa rispetto al valore invernale con una temperatura di -10 °C e l'80% di umidità relativa dell'aria esterna. Il ricambio dell'aria può avvenire attraverso la corrente creata dall'apertura di porte e finestre, ma se ciò non è possibile deve venir garantito da un sistema di ventilazione. Pareti che "respirano" II cosiddetto fenomeno di "respirazione" degli elementi costruttivi che delimitano gli spazi interni, pur contribuendo a migliorare la qualità dell'aria, non è sufficiente a consentirne il necessario ricambio. Se così fosse si avrebbe una perdita incontrollata di calore e verrebbe meno il necessario isolamento acustico. Il ricambio avviene infatti principalmente attraverso i sistemi di ventilazione. In Kùnzel (1980) viene riportato il seguente esperimento. "Il livello di deumidificazione dei locali, operata 81

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sia attraverso la diffusione di vapore sia con il ricambio d'aria, aumenta se diminuisce la temperatura esterna. Si è proceduto a un confronto sull'efficacia dei due procedimenti (diffusione del vapore e cambiamento d'aria) in base ai seguenti dati: una stanza (4 x 6 x 2,6 m) con due pareti esterne di mattoni perforati verticalmente, spessi 24 cm (valore della resistenza alla diffusione = 10), intonacate sia internamente sia esternamente. Dimensioni delle finestre: Ricambio d'aria: Temperatura della stanza: Umidità della stanza: Umidità dell'aria esterna:

2.3.19 Campo elettrostatico all'esterno e in ambienti interni non frequentati costruiti in calcestruzzo armato, mattoni e legno

6 m2 semplice 22 °C 40% 80%

Come mostra la tabella 2.3.18 la quantità di umidità eliminata dipende dalla temperatura esterna. In inverno attraverso la diffusione di vapore si raggiunge un livello che oscilla tra l'1 e il 3% di quello ottenuto con il ricambio d'aria. Tenuto conto del fatto che sussistono in questo caso le condizioni favorevoli alla diffusione, quali due pareti esterne e un tipo di muratura relativamente traspirante, e che in altre condizioni la sua percentuale risulta ancora più bassa, possiamo concludere che la permeabilità al vapore delle pareti esterne è un fatto del tutto irrilevante in quanto non incide in maniera sensibile sul livello di umidità dell'ambiente." Campi elettrici e magnetici

2.3.20 Campo elettrostatico all'esterno e in ambienti interni. a) parte superiore della figura: durante un temporale, ambiente interno non frequentato, campagna b) parte inferiore della figura: cielo sereno, ambiente interno frequentato normalmente, grande città

2.3.21 Campi elettrici presenti nell'aria non penetrano nel corpo umano (secondo Hauf)

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Si parla spesso dell'influsso dei campi elettrici e magnetici sulla salute dell'uomo, anche se ciò non trova ancora conferma scientifica rispetto alle comuni intensità di campo. I materiali costruttivi, che risultano essere solo semiconduttori, sotto l'aspetto fisico proteggono gli edifici dal campo elettrico esterno, motivo per il quale esso non è misurabile all'interno delle case sia che le pareti esterne siano realizzate in calcestruzzo, sia in mattoni o legno (figg. 2.3.19 e 2.3.20). Questo vale anche per la maggiore intensità di campo raggiunta durante un temporale. Nelle stanze molto frequentate, al contrario, il solo movimento delle persone è già in grado di creare dei campi elettrici di pari intensità rispetto a quelli dei temporali, indipendentemente dal materiale costruttivo impiegato. Un altro schermo naturale dai campi elettrici è rappresentato dall'umidità dell'epidermide umana, la cui azione è simile a quella di una gabbia di Faraday (fig. 2.3.21). Campi di elettricità alternata di origine tecnica si formano intorno a conduttori di corrente alternata e corrente continua negli interni e sotto gli elettrodotti. Ricerche effettuate in tutto il mondo hanno provato che solo una minima parte (circa 1:10 milioni) di questi campi elettrici artificiali penetra nel corpo umano e, quindi, anche sotto un elettrodotto con tensione a 380.000 volt, i campi elettrici presenti nel corpo risultano innocui in quanto rappresentano solo un milionesimo della tensione naturale che può irritare le cellule cerebrali e nervose.

Negli ambienti abitativi e di lavoro, così come negli stabilimenti industriali, la tensione dei campi elettrici è pari solo a un millesimo di quella misurata sotto un elettrodotto. La loro intensità non determina quindi alcuna conseguenza da un punto di vista biologico. Solo i campi molto forti con un'alta frequenza, come ad esempio nel settore delle microonde, possono risultare pericolosi in quanto determinano un surriscaldamento del tessuto biologico e quindi delle parti del corpo che vi entrano in contatto. I campi magnetici attraversano tutti gli elementi costruttivi indipendentemente dal materiale edile usato. Essi attraversano anche il corpo umano. In natura esiste solo il campo continuo geomagnetico che orienta l'ago magnetico. La forza di questo campo è di 0,05 millitesla. Se esperimenti svolti hanno confermato che alcune specie animali, come ad esempio pesci e uccelli, percepiscono questo campo magnetico e lo utilizzano per orientarsi, non esiste la prova di simili capacità da parte dell'uomo. In ogni caso i campi magnetici naturali sono innocui per la salute. Anche gli effetti dei campi magnetici prodotti artificialmente attraverso la corrente alternata sono stati oggetto di ricerche in tutto il mondo. Quando si sono registrate delle mutazioni nei luoghi abitativi o all'esterno, si è visto che esse rientravano nell'ambito di oscillazione fisiologica naturale del funzionamento degli organi. Le forze dei campi magnetici misurate rimangono al di sotto di 0,1 millitesla e sono di poco superiori a quelle di un campo magnetico generato da corrente continua naturale. Gli esperimenti condotti fino a oggi hanno confermato la loro inefficacia. Anche nelle vicinanze di stazioni di trasformazione non si creano campi magnetici di corrente alternata pericolosi per la salute. Anche se le "teorie sulla radiazione terrestre" sono molto diffuse, esse mancano di ogni fondamento fisico. Possiamo affermare che non esiste la prova né dell'esistenza né della loro nocività per la salute delle cosiddette radiazioni terrestri o di zone di irritazione geopatogene.

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Risparmio energetico, isolamento termico

Fondamenti

2.3.22

Contenuto di energia primaria PEI in materiali

2.3.23

Costruzioni a risparmio energetico, indicazioni per la

II risparmio energetico e un utilizzo intelligente dell'energia sono obiettivi primari della società contemporanea. Ridurre il consumo energetico significa inoltre contribuire alla protezione dell'ambiente. Nell'edilizia l'energia viene utilizzata in due settori: • la produzione di materiali edili, elementi co struttivi ed edifici; • la manutenzione e il funzionamento degli edifici. Energia necessaria per la produzione degli elementi costruttivi II consumo energetico per la produzione di materiali edili ed elementi costruttivi può essere rilevato con il metodo dell'analisi del processo a catena e può essere indicato come il contenuto di energia primaria per tonnellata e per metro cubo di materiale edile o per metro quadro di elemento costruttivo. Un confronto di questo tipo si trova esposto nella tabella 2.3.22 dalla quale emerge che, ad esempio, elementi costruttivi in calcestruzzo leggero con pomice hanno un contenuto di energia primaria più basso di elementi simili in altri materiali. In questo caso la natura ha già fornito l'energia per la produzione dell'inerte leggero. Anche elementi costruttivi in calcestruzzo normale presentano un contenuto di energia primaria molto basso. Esso sale però nel calcestruzzo armato nella parte dell'armatura in acciaio a causa dell'alto contenuto energetico di questo materiale. Edifici a risparmio energetico II consumo energetico per gli edifici durante il loro funzionamento, in inverno per il riscaldamento e la ventilazione ed eventualmente in estate per la climatizzazione, è generalmente più alto per l'intero periodo del suo utilizzo rispetto a quello della sua costruzione. Le possibilità di risparmio energetico risultano quindi decisamente maggiori. La tabella 2.3.23 fornisce alcune indicazioni per la progettazione e la manutenzione degli edifici e dimostra che un buon isolamento termico è uno dei fattori più importanti per determinare l'economia termica dell'edificio. Provvedimenti per il risparmio energetico I provvedimenti per la riduzione del consumo di combustibile risultano davvero validi se si riesce ad applicarli non solo sulle nuove costruzioni ma anche su case già esistenti. Circa il 40% del consumo primario di energia in Germania è dato dal riscaldamento delle abitazioni. Di seguito vengono fornite alcune indicazioni idonee a ridurre i consumi. Riduzione della perdita di calore Ridurre il consumo energetico in un edificio significa prevedere una progettazione che ne ottimizzi la posizione, l'orientamento e le funzioni e che inserisca i sistemi di isolamento termico in modo idoneo integrando la tecnologia intelligente. Come mostra la tabella 2.3.23, il risparmio energetico inizia con la scelta del posizionamento. Si

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Fondamenti

2.3.24 Confronto di isolamento termico trasparente e opaco 2.3.25 Sistema di riscaldamento ad assorbimento massiccio

Fisica tecnica

deve valutare il punto cardinale, la struttura del terreno, la pendenza verso nord o verso sud, il terreno edificabile e la situazione delle acque sotterranee. Il micro-clima come l'ombreggiatura da alberi o altri edifici, la pioggia di stravento, le acque fredde o la nebbia possono influire negativamente sul consumo di energia per il riscaldamento. Rispetto alla disposizione dell'edificio risulta conveniente collocare le piccole superfici a nord o verso la principale direzione del vento. Le strutture compatte di edifici con un basso rapporto tra pareti esterne e volumi presentano vantaggi da un punto di vista economico. Per quanto riguarda la strutturazione della pianta è necessario orientare a sud i locali con un alto consumo di energia come i soggiorni, e di conseguenza a nord locali quali gli sgabuzzini o i depositi. Si è calcolato che un isolamento termico economicamente valido, tenuto conto dei prezzi di mercato dei materiali edili, degli isolanti e dei combustibili per il riscaldamento, si aggira nell'Europa centrale intorno a 0,4 e 0,6 W/m2 per le pareti esterne, a 0,2 e 0,3 W/m2 per i tetti e a 0,3 e 0,4 W/m2 per i soffitti delle cantine. La protezione delle finestre tramite persiane o tapparelle dovrebbe evitare la dispersione di calore durante la notte. La perdita di calore provocata dalla ventilazione in edifici a struttura compatta può superare quella causata dalla respirazione degli elementi costruttivi. Se per motivi igienici e di tecnologia costruttiva è necessario garantire un ricambio minimo dell'aria, per ragioni di risparmio energetico è bene non superare questo minimo in modo rilevante. Questo significa controllare, ad esempio, che le giunture siano sigillate per evitare dispersioni incontrollate. Si dovrebbe inoltre prevedere un sistema di ventilazione regolabile, mentre impianti di recupero del calore dall'aria di scarico consentirebbero di diminuire ulteriormente le dispersioni causate dalla ventilazione. L'equilibrio nelle perdite di calore Le dimensioni e i dispositivi di controllo dell'impianto di riscaldamento possono a loro volta influire in modo determinante sui consumi. Attualmente lo sfruttamento passivo dell'energia solare avviene ancora per lo più attraverso superfici di vetro, la cui capacità di condurre il calore aumenta se esposte a sud. I progetti che prevedono impianti a energia solare devono quindi posizionare a sud le finestre e all'interno gli elementi costruttivi massicci che accumulano il calore raccolto. Lo sfruttamento dell'energia solare sui muri esterni e sulle pareti risulta essere ancora limitato nelle normali costruzioni, dato che varia dal 2 al 12%. La tabella 2.3.26 fornisce indicazioni per l'ottimizzazione di questa fonte energetica in base all'orientamento cardinale degli elementi costruttivi. Rivestendo la superficie esterna delle pareti

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esterne con strati isolanti trasparenti è possibile trasformarle da dispersori in accumulatori di energia. La figura 2.3.24 mostra il confronto tra isolamento trasparente e isolamento opaco. Il principio del cosiddetto sistema ITT (Isolamento Termico Trasparente) è molto semplice: su una parete esterna massiccia, ad esempio in calcestruzzo, viene applicato uno strato di isolante termico trasparente che lascia passare la radiazione solare diretta e diffusa. Questa raggiunge la parete esterna scura e massiccia che trasforma la luce a onde corte in calore a onde lunghe. Rispetto al calore l'ITT non è tuttavia altrettanto permeabile. Esso viene accumulato nella parete massiccia che possiede una buona capacità di conduzione del calore e poi ceduto allo spazio interno. Il metodo che sfrutta in modo attivo l'energia solare con un impianto di riscaldamento monovalente è invece il cosiddetto sistema di riscaldamento ad assorbimento massiccio (fig. 2.3.25). In elementi costruttivi in calcestruzzo, come pareti esterne, ringhiere, pareti di sostegno e superfici dei tetti, vengono inserite tubature per liquidi. Il raffreddamento determinato dalla circolazione sulla parte fredda della pompa di calore sulle superfici di assorbimento è insignificante rispetto alla temperatura dell'ambiente circostante. In questo modo viene raccolta energia dall'ambiente e trasformata in calore utilizzabile per il riscaldamento tramite la pompa di calore. Il calcestruzzo risulta essere rispetto a entrambi i sistemi (ITT e riscaldamento ad assorbimento massiccio) il materiale costruttivo ideale perché le sue caratteristiche termiche (accumulatore di calore e conduttore di calore) sono regolabili in base allo spessore della parete, alla compattezza grezza e al tipo di aggregato. La protezione dal calore In estate è necessario proteggere l'edificio dal calore dotando le finestre di tende da sole e persiane e collocando delle piante che le riparino dai raggi. Un basso rapporto dell'ampiezza della temperatura TAV, soprattutto per i soffitti, contribuisce a mantenere una buona temperatura dei locali durante l'estate. Il TAV di un soffitto non dovrebbe superare quindi il valore di 0,1 il che significa che la trasmissione all'interno delle oscillazioni della temperatura esterna non supera il 10%. Gli elementi costruttivi provvisti di uno strato isolante per l'accumulazione sul lato interno, come i tetti in calcestruzzo con uno strato di isolamento esterno, adempiono a questa richiesta. Infine gli elementi costruttivi interni che accumulano il calore, possono rilasciarlo di notte, quando la temperatura è più bassa, attraverso il sistema di ventilazione. Conseguenze Tutti i provvedimenti adottati per la riduzione del fabbisogno termico specifico di un edificio determinano in genere un effetto positivo sui fattori

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fisici legati all'equilibrio termico, creando i presupposti, da un punto di vista costruttivo, di un ambiente climaticamente sano. Sviluppi per le esigenze dell'isolamento termico Le direttive per l'isolamento termico nell'architettura civile contengono indicazioni minime relativamente ai singoli elementi costruttivi in grado di garantirne la funzionalità nel tempo e richieste più elevate rispetto alla copertura termica dell'intero edificio allo scopo di ottimizzare le spese per il riscaldamento. Indicazioni minime

La DIN 4108 contiene informazioni basilari per l'isolamento termico nell'architettura civile, come le caratteristiche dei materiali edili e degli elementi costruttivi, i procedimenti di calcolo e indicazioni per la progettazione e la realizzazione. Si tratta dei valori minimi necessari a garantire l'isolamento termico degli elementi costruttivi. Anche la futura norma europea indicherà solo le basi per l'isolamento termico tenendo in considerazione solo le esigenze strettamente indispensabili quali quelle legate, ad esempio, alle condizioni igieniche. Richieste più elevate I presupposti per un isolamento termico che ga rantisca il risparmio energetico saranno diversi da paese a paese anche in futuro, in quanto le regole verranno fissate in base alle condizioni climatiche. II regolamento tedesco finora in vigore, del feb braio 1982 (attivo dall'1.1.1984), indica un va lore medio k m degli elementi costruttivi. Già nel settembre 1988 il Ministero per le costruzioni pubblicava le Istruzioni per una casa a basso consumo energetico. La necessità di un ulteriore risparmio energetico venne motivata anche con il bisogno urgente di ridurre la presenza di sostanze inquinanti nell'atmosfera. I prodotti di combustione più diffusi per il riscaldamento sono l'anidride solforosa, l'ossido di azoto, l'ossido di carbonio e, soprattutto, l'anidride carbonica che, secondo il parere dei climatologi, sarà la responsabile di cambiamenti climatici in tutto il mondo con conseguenze non ancora prevedibili. Una nuova versione del regolamento per l'isolamento termico, entrata in vigore in Germania l'1.1.1995, riguarda i settori di impiego illustrati nella tabella 2.3.33. Le modifiche più importanti, per metodo e contenuto, interessano gli edifici nuovi la cui temperatura, variabile in base alla destinazione d'uso, è stata fissata a un minimo di 19 °C . Questo tipo di edifici rappresenta il gruppo più consistente di costruzioni nuove a cui la norma fa riferimento e comprende le abitazioni, gli edifici amministrativi, gli uffici, gli ospedali e le scuole. In base al rapporto tra la superficie dell'involucro A e il volume interno V viene determinato il 85

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livello massimo del consumo annuo per il riscaldamento QH ogni m3 di volume riscaldato o ogni m2 di superficie riscaldata (tab. 2.3.27). È necessario provare la sussistenza di questi parametri applicando un metodo di calcolo prescritto, i cui risultati siano conformi ai valori limite fissati in modo unitario per tutta la Germania. Le perdite di calore vengono bilanciate dal recupero di calore in base alla seguente relazione: QH = 0,9 (QT + QL) - (Q, + Qs) kWh/a dove: QT è il bisogno di calore determinato dalla trasmissione, vale a dire la parte di consumo annuo di riscaldamento causato dalla permeabilizzazione al calore degli elementi costruttivi esterni; QL è il bisogno di ventilazione, vale a dire la parte di consumo annuo relativo al riscaldamento dell'aria esterna fredda utilizzata per il ricambio d'aria; Qi è il recupero interno di calore, vale a dire il calore emanato, ad esempio, dagli elettrodomestici, dal sistema di illuminazione o dal corpo umano; Qs è il recupero di calore solare, vale a dire il calore ottenuto attraverso un razionale sfruttamento dei raggi solari.

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Il fattore 0,9 tiene conto del fatto che gli edifici non vengono mai riscaldati per intero o nello stesso modo per tutto l'arco dell'anno e che spesso la temperatura viene mantenuta più bassa durante le ore notturne. Tutto ciò non costituisce un vincolo alla libertà progettuale degli architetti, dato che è possibile realizzare anche edifici molto articolati o con ampie superfici vetrate fino ad avere delle intere facciate di vetro; anche se va ricordato che fino a oggi i progetti di questo tipo richiedono sistemi di isolamento termico più complessi e costi di costruzione più alti rispetto alle costruzioni compatte e alle superfici di vetro più piccole. Per le abitazioni al massimo di due piani regolari e non più di tre appartamenti, le richieste sono soddisfatte se non vengono superati i valori massimi "k" dei singoli elementi costruttivi riportati nella tabella 2.3.28. L'indicazione di valori per i singoli elementi costruttivi si distacca nettamente dal procedimento del bilancio di calore poiché non tiene conto di un fattore essenziale per il bisogno di calore dell'edificio, quale la sua compattezza. Con il metodo dei singoli elementi costruttivi si costruiscono case mono o bifamiliari e ville a schiera che, nonostante i valori "k" bassi dei singoli elementi, hanno un bisogno di calore piuttosto alto; quindi l'obiettivo principale dell'ordinamento relativo all'isolamento termico, ossia il risparmio energetico, non viene osservato in maniera coerente.

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Protezione dai rumori, isolamento acustico La protezione dai rumori è una delle richieste più importanti della medicina abitativa in quanto intende tutelare il diritto e il bisogno degli individui alla tranquillità acustica delle loro abitazioni. È necessario prestare attenzione tanto ai rumori provenienti dall'esterno, a causa per lo più del traffico, quanto a quelli interni prodotti, ad esempio, dagli elettrodomestici, dagli utensili elettrici, dalle grida e dai passi pesanti o dagli animali domestici. La medicina abitativa prescrive di non superare nelle stanze il livello sonoro di base riportato nella tabella 2.3.29. Elementi costruttivi esterni L'isolamento acustico degli elementi esterni deve fare in modo che il livello sonoro localizzato nelle diverse zone abitative (tab. 2.3.29) sia ridotto all'interno in base ai valori consigliati dalla medicina abitativa (tab. 2.3.30). Le caratteristiche tecniche e qualitative delle finestre, ante e persiane incluse, determinano i limiti dell'isolamento acustico degli elementi costruttivi esterni. Elementi costruttivi interni L'isolamento sonoro degli elementi interni, cioè le pareti e i soffitti nei condomini, nelle ville unifamiliari e nelle ville a schiera, rappresenta una questione che dipende dai bisogni individuali degli abitanti, dalle loro abitudini, dall'età media della famiglia, dalla condizione psico-fisica di ogni singolo individuo. Va inoltre tenuto conto del fatto che può mutare ne! tempo la destinazione d'uso delle varie stanze. Rispetto alla progettazione vale il principio che all'interno di un edificio si dovrebbero distinguere zone silenziose (camere da letto) da zone rumorose (soggiorni). Tra le une e le altre andrebbero previsti dei locali di ammortizzazione (corridioi, ripostigli, camere con armadi, bagni). Le caratteristiche di isolamento sonoro variano però all'interno dello stesso edificio in base ai diversi tipi di pareti e soffitti e vanno quindi concordate tra architetto e committente in fase di progettazione. Fanno parte degli elementi costruttivi interni anche le pareti e i soffitti di separazione tra i soggiorni e gli appartamenti o gli uffici di altri. In questi casi un isolamento sonoro non adeguato può creare gravi disagi come confermano i numerosi reclami e le cause intentate a tal riguardo. È consigliabile quindi di prevedere nella progettazione di edifici nuovi un isolamento acustico con caratteristiche più elevate rispetto ai parametri minimi, dato che intervenire in un secondo momento risulta spesso diffìcile e costoso. Richieste di norma L'isolamento acustico nell'architettura civile viene regolamentato dalla DIN 4109. La norma contiene le richieste minime, i valori indicativi e i suggerimenti per un efficace isolamento acustico degli elementi costruttivi. Vengono indicati i va-

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lori limite inferiori per l'isolamento acustico considerato e i valori limite superiori della norma valutata per il livello sonoro del calpestamento. Come protezione dal rumore causato da elettrodomestici, il livello della pressione acustica deve essere limitato anche nei soggiorni. Elementi costruttivi rigidi a guscio singolo Per pareti e soffitti a guscio singolo, come pareti e soffitti in calcestruzzo, calcestruzzo leggero, calcestruzzo poroso o pareti in muratura a blocchetti in calcestruzzo, l'isolamento acustico non dipende solo dalla massa della superficie dell'elemento costruttivo separatore ma anche da quella degli elementi costruttivi circostanti. I valori della tabella 2.3.31 sono validi per una massa della superficie degli elementi costruttivi circostanti di circa 300 kg/m2. Le richieste relative alle pareti esterne, finestre incluse, sono indicate nella tabella 2.3.32.

2.3.34 Parete della casa a due gusci pesanti e rigidi con una giuntura divisoria fino alle fondamenta (schema), DIN 4109 2.3.35 Montanti integrati nel muro (schema)

2.3.36 Parapetto con una giuntura integrata nel calcestruzzo 2.3.37 Classificazione in categorie dei materiali costruttivi in base alla DIN 4102, parte 1

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Pareti rigide a due gusci Le pareti che separano le case possono essere composte anche da due gusci rigidi con una giuntura che attraversa l'intera altezza e l'intera profondità della casa (fig. 2.3.34). La giuntura deve avere uno spessore di almeno 30 mm, meglio se di 50 mm, ed essere concepita come un'intercapedine d'aria o riempita con materiale isolante in fibre minerali. Con questo accorgimento la trasmissione acustica viene impedita e si riescono a ottenere valori di isolamento superiori di circa 12 dB rispetto a quelli con pareti a guscio singolo e una massa di superficie simile. Le richieste minime di isolamento acustico delle pareti divisorie delle case sono di 57 dB, quelle ■ per pareti divisorie di appartamenti di 53 dB. Nel supplemento 2 alla DIN 4109 vengono indicati valori più alti di isolamento acustico, ossia: per pareti divisorie di case > 67 dB e per pareti divisorie di appartamenti > 55 dB. Soffitti calpestagli Nei soffitti calpestagli non solo è importante l'isolamento dai suoni, ma anche un buon isolamento dal rumore prodotto dai passi. Le richieste per l'isolamento acustico dai passi vengono indicate in dB come livello acustico di norma. Il valore minimo di insonorizzazione è di L'n.w < 53 dB. Questo equivale a un valore di isolamento acustico ai passi (VIP) > 10 dB. Il rapporto tra questi due valori è: VIP = 63 - L'n.w dB Nel supplemento 2 alla DIN 4109 vengono suggeriti valori maggiori di isolamento acustico al rumore dei passi per soffitti calpestabili, vale a dire L'n.w < 46 dB, che corrisponde a un VIP > 17dB. L'isolamento acustico ai passi sui soffitti in calcestruzzo è dato dalle caratteristiche del materiale grezzo e dal tipo di intervento per migliorarne l'isolamento (ad esempio un pavimento galleggiante e/o rivestimenti del pavimento flessibili come linoleum, plastica o tappeti). Un altro metodo che migliora l'isolamento è la controsoffittatura flessibile.

Comportamento al fuoco, protezione antincendio In caso di incendio uomini e animali dovrebbero essere in grado di salvarsi da soli o di essere tratti in salvo dai Vigili del fuoco. A tal fine gli elementi costruttivi, soprattutto dei corridoi di fuga, devono avere una buona resistenza al fuoco. Inoltre la protezione antincendio degli elementi dovrebbe evitare che le fiamme dilaghino, limitando così i danni (settori di incendio). Materiali La sicurezza costruttiva in caso di incendio viene determinata dalla scelta dei materiali, dal loro trattamento e dal tipo di progettazione. I materiali si distinguono in non combustibili (categoria A) e combustibili (categoria B). I combustibili si dividono a loro volta in difficilmente (B1), normalmente (B2) e facilmente (B3) infiammabili (tab. 2.3.37). I materiali appartenenti alla categoria B3 non possono essere usati nel campo delle costruzioni. Tutti i tipi di calcestruzzo con aggregati naturali come argilla soffiata, scisto espanso o pomice di altoforno appartengono alla categoria A1. Elementi costruttivi Anche gli elementi costruttivi vengono classificati in categorie in base alla loro resistenza al fuoco. La classificazione distingue i tempi minimi della prova del fuoco di 30, 60, 90, 120 e 180 minuti, periodo nel quale la capacità funzionale dell'elemento costruttivo deve rimanere intatta. Nel caso di elementi costruttivi a più strati, la categoria di resistenza al fuoco dipende dal tipo di materiale edile, dallo spessore dello strato portante e dallo strato di isolamento (tab. 2.3.38). Gli elementi costruttivi con un isolamento termico continuo di pannelli duri della categoria B1 abbinati a uno strato portante con una resistenza al fuoco di 90 minuti vengono classificati nella categoria antincendio F 90-AB. Per la classe F 90-A è necessario usare un pannello a fibre' minerali appartenente alla categoria A2. La tabella 2.3.39 descrive il sistema di classificazione degli elementi costruttivi e fornisce una correlazione tra le diciture del genio civile e le denominazioni contenute nelle norme. Il calcestruzzo è un materiale che consente di soddisfare in modo economico tutte le richieste relative alla protezione antincendio. Il dimensionamento degli elementi costruttivi II sufficiente dimensionamento di una costruzione rispetto alla categoria antincendio può essere ottenuto attenendosi alla DIN 4102; in caso contrario deve essere documentato con un documento di prova. Quest'ultima possibilità è da prendere in considerazione quando la divergenza dalla norma comporta un risparmio tale da giustificare il tempo e i costi delle verifiche. Nella tabella 2.3.40 sono elencate le dimensioni minime per i più importanti tipi di elementi co-

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struttivi in calcestruzzo. Le indicazioni sono fornite per il categorie antincendio F 30, F 90 e F180, in quanto corrispondono alle categorie definite rispettivamente a "effetto ritardante nella propagazione del fuoco", "resistente al fuoco" e "altamente resistente al fuoco", richieste dall'ordinamento edile e dalle norme antincendio delle assicurazioni. Inoltre l'armatura deve avere una copertura in calcestruzzo della categoria di resistenza antincendio richiesta che protegga l'acciaio dell'armatura da un surriscaldamento e dalla perdita precoce della sua capacità portante. Fino alla categoria antincendio F 60 bastano, in genere, le coperture in calcestruzzo previste dalla DIN 1045, cosicché i valori indicati nella DIN 4102 riguardano solo le categorie a partire dalla F 90. Quando il limitato spessore dei muri può fare insorgere delle difficoltà, si può evitare la copertura distribuendo le forze su montanti integrati nel muro (fig. 2.3.35). Per la categoria antincendio F 90 i montanti integrati nelle pareti che circondano una stanza devono avere uno spessore minimo di solo 140 mm; non esiste un limite per lo spessore dei montanti. Le parti del muro tra i montanti sono in questi casi solo dei compartimenti non portanti. Le lastre a sandwich in calcestruzzo vengono generalmente impiegate per pareti esterne non portanti che comprendono i parapetti, le piastre e i parapetti combinati con piastre. Per questo tipo di elementi costruttivi vigono gli stessi regolamenti delle pareti esterne non portanti. Se in casi speciali questo impiego non risulta possibile, lo strato portante della lastra a sandwich in calcestruzzo deve essere collocato nel piano costruttivo. Strato isolante e guscio antistante devono essere posizionati in ogni caso all'esterno. I modiglioni raccolgono ad esempio i pesi verticali dei parapetti, mentre per lo scaricamento dei pesi orizzontali, causati spesso dal vento, vengono usati sostegni supplementari in acciaio fissati semplicemente con fori che vengono poi riempiti. In questo modo è possibile evitare i rivestimenti antincendio altrimenti necessari. È necessario prestare particolare attenzione alle giunture verso gli elementi costruttivi adiacenti. Si consiglia una massa di guarnizione in fibre minerali che_adempia alle seguenti richieste: materiale costruttivo A, punto di fusione > 1000 °C, compattezza grezza > 30 kg/m3. Essa deve inoltre essere compressa (compressione > 1 cm). La figura 2.3.36 mostra una possibilità di realizzazione.

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Esigenze fisiche della costruzione Molti dei rapporti e degli influssi della fisica tecnica sul clima dell'ambiente analizzati fino a ora non sono riducibili in valori minimi o massimi. Talvolta è possibile però, come nel caso dei campi di benessere, definire degli schemi che possono essere utili in fase di progettazione. Altri elementi che influiscono sul clima dell'ambiente e sul benessere degli individui dipendono dal comportamento degli abitanti, dai loro bisogni individuali e dalle singole situazioni. Perciò non tutte le esigenze dell'"abitare sano" possono essere espresse dai regolamenti. Altre richieste igieniche di base sono state da tempo inserite nelle leggi sulle costruzioni e negli ordinamenti tecnici. I parametri minimi dell'isolamento termico e della protezione all'umidità devono evitare la formazione di rugiada sulla superficie interna degli elementi costruttivi e di conseguenza la crescita di aspergini. L'aumento dei valori di isolamento termico a risparmio energetico consente un aumento della temperatura sulla superficie interna degli elementi costruttivi e migliora i presupposti per il benessere termico. Anche i regolamenti e le richieste per l'isolamento acustico e per la protezione antincendio tengono conto dei problemi legati all'igiene. Le caratteristiche più importanti richieste dai regolamenti per elementi costruttivi sono elencate nelle tabelle 2.3.41 e 2.3.42. I valori minimi per l'isolamento termico sono stati desunti dalla DIN 4108, parte 2. I valori per un isolamento termico maggiore corrispondono alle direttive per l'isolamento termico a risparmio energetico per edifici del gennaio 1995. Sia le richieste minime del valore per l'isolamento acustico R w sia le indicazioni per l'isolamento acustico ai suoni e ai rumori prodotti dai passi sono state tratte dalla DIN 4109 (Isolamento acustico nell'architettura civile). Inoltre, questa legge comprende regolamenti per l'isolamento acustico ai rumori prodotti degli aeroplani. Le tabelle 2.3.41 e 2.3.42 non intendono sostituire i regolamenti appositi che possono prevedere caratteristiche diverse in casi particolari e inoltre contengono indicazioni per la strutturazione degli elementi costruttivi.

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Proprietà delle parti costruttive Gli elementi costruttivi devono essere in grado di soddisfare in modo ottimale ed economico le diverse esigenze che variano a seconda della collocazione degli edifici. Queste esigenze dipendono per le parti esterne dal tipo di costruzione. Tipologie di elementi costruttivi La tabella 2.3.43 mostra cinque tipologie costruttive per pareti esterne, le cui caratteristiche variano in base alla loro struttura così come diverse sono le conseguenze che esse determinano sul clima dell'ambiente abitativo. La valutazione vale per tutti gli elementi costruttivi esterni simili, anche per soffitti e tetti. Elementi costruttivi a uno strato II materiale costruttivo portante di elementi costruttivi a uno strato (tipo A) deve garantire l'isolamento termico. A questa categoria appartengono le pareti in muratura intonacate. L'isolamento acustico di queste costruzioni dipende esclusivamente dal peso dell'elemento costruttivo. Quando si intende migliorare l'isolamento termico diminuendo la compattezza grezza si deve sempre considerare se l'isolamento acustico è sufficiente o se sia necessario aumentare lo spessore della parete. Elementi costruttivi a più strati Negli elementi costruttivi a più strati i diversi materiali svolgono peculiari funzioni portanti e isolanti; è quindi necessario un ulteriore strato che copra quello isolante. Nella tabella 2.3.44 sono elencati i valori calcolati della conduttività termica dei vari materiali isolanti. La funzione portante viene garantita da un materiale costruttivo pesante, come ad esempio il calcestruzzo armato o la muratura in blocchi di calcestruzzo leggero. Lo strato di isolamento termico può trovarsi al l'esterno (tipo B), al centro (tipo C) o sul lato in terno (tipo D). Se manca lo strato portante nel materiale costruttivo pesante si parla di una co struzione leggera (tipo E). Per costruzioni di tipo B o C, la resistenza alla flessibilità dei singoli strati ha un'enorme importanza per l'isolamento acustico. Uno strato isolante rigido, come ad esempio un pannello di schiuma indurita, trasmette più energia sonora al guscio interno massiccio, che lo rilascia a sua volta nell'ambiente, di uno strato isolante morbido come un pannello in fibre minerali. Anche la frequenza propria dipende dall'oscillazione del sistema massa-ammortizzatore-massa e dovrebbe essere possibilmente sotto i 100 hertz. I tipi costruttivi B e C hanno sul lato interno strati termici pesanti, per cui il surriscaldamento del l'aria della stanza a causa della radiazione so lare rimane basso. Il calore accumulato in que sti strati viene trasmesso all'ambiente solo quando la temperatura esterna è di nuovo infe riore e il calore può essere eliminato attraverso l'aerazione. 94

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In inverno l'energia solare accumulata durante il giorno può essere utilizzata di notte per il riscaldamento. Nel tipo costruttivo D, lo strato massiccio in calcestruzzo viene coperto sul lato interno da uno strato isolante. Questo provvedimento diminuisce sia l'ammortizzamento sia lo sfruttamento dell'energia solare. Un pannello di schiuma indurita sul lato interno favorisce la conduzione verticale delle onde sonore. In edifici a più piani deve essere utilizzato perciò un pannello flessibile di fibre minerali. In questo caso però è necessario un blocco del vapore sul lato interno perché altrimenti si forma condensa. La costruzione leggera del tipo E non ha strati d'isolamento termico. I valori massimi del calore prodotto dall'energia solare introdotto nell'ambiente e di conseguenza le oscillazioni della temperatura sono molto più alti che nei tipi A e C. Con un'aerazione sul lato esterno si possono però risolvere i problemi della diffusione e delle piogge. Caratteristiche degli elementi costruttivi La scelta del tipo costruttivo migliore e della sua giusta dimensione è spesso molto difficile perché costruzioni favorevoli all'isolamento termico possono esser svantaggiose per l'isolamento acustico e la protezione antincendio. Perciò si sono elencate nelle tabelle seguenti le valutazioni delle caratteristiche più importanti degli elementi costruttivi in calcestruzzo spesso usati per quanto riguarda l'isolamento termico durante l'inverno, l'isolamento acustico e la protezione antincendio. I valori di isolamento acustico sono stati calcolati secondo la DIN 4109, supplemento 1 (Isolamento acustico nell'archiettura civile, esempi di esecuzione e procedimenti di calcolo). Alcune indicazioni sono state prese da certificati d'esame. Per elementi costruttivi a più strati si indica possibilmente anche la frequenza individuale. Per l'isolamento acustico al rumore dei passi si indica la misura di isolamento acustico efficace "ef TSM" che tiene già conto della misura precauzionale di 3 dB. Le categorie di resistenza al fuoco degli elementi costruttivi vengono citate dalla DIN 4102, parte 4: comportamento in caso di fuoco di materiali costruttivi e di elementi costruttivi, elenco e uso dei materiali, elementi costruttivi ed elementi costruttivi speciali classificati oltre a essere state desunte dalle documentazioni d'esame.

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Le seguenti sigle sono state utilizzate per la descrizione delle dimensioni degli elementi costruttivi: spessore dell'elemento costruttivo a strato singolo spessore di uno strato in un elemento costruttivo a più strati spessore dello strato esterno spessore dello strato interno spessore dello strato centrale spessore dello strato in calcestruzzo spessore dello strato isolante spessore dello strato d'aria distanza tra i ferri dell'armatura distanza dei centri di gravita dell'armatura distanza dei centri di gravita dell'armatura dalla superficie del pannello distanza dei centri di gravita dell'armatura con una tensione ai bordi 0,5- /2,1 distanza dei centri di gravita dell'armatura con una tensione ai bordi

L'elenco di tutte le strutture di pareti a uno strato in calcestruzzo leggero e calcestruzzo poroso che sono a norma e ammesse dal genio civile sarebbe troppo lungo per essere riportato. Perciò la tabella 2,3.45 non indica denominazioni, ma è ordinata secondo il valore calcolato della capacità di conduttività termica e tiene conto dello spessore di pareti di 24, 30 e 36,5 cm. Vengono elencate solo pareti con un valore "k" < 0,60 W/m2K. Un riassunto completo dei parametri di fisica tecnica delle diverse strutture di pareti in calcestruzzo leggero e in calcestruzzo poroso si trova in Brandt, Moritz e Krieger (1990). Le tabelle dalla 2.3.46 alla 2.3.49 riportano i parametri di fisica tecnica per elementi costruttivi a più strati.

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Parte 3 • Costruzioni in calcestruzzo armato Stefan Polónyi • Claudia Austermann

Costruzioni a più piani Aspetti della produzione industriale Giunti Tetti Solai Pareti Montanti Centri di distribuzione/scale Facciate Grattacieli Grattacieli sospesi

Capannoni Capannoni con elementi a barra Superfici portanti Tetti a struttura sospesa

Fondamenta Fondamenta poco profonde Fondamenta profonde/fondazioni su pali La sicurezza delle fondamenta Costruzioni sotto il livello della falda freatica/aggottamento aperto

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Questa parte dell'Atlante del cemento è dedicata alle varie possibilità costruttive offerte dal cemento armato e si basa principalmente sulle lezioni tenute alla Facoltà di architettura e ingegneria dell'Università di Dortmund. L'obiettivo è quello di fornire al progettista di costruzioni portanti uno strumento utile a organizzare le varie fasi della progettazione, ossia la verifica delle basi, il progetto preliminare e quello definitivo. Per questo motivo si è prestata particolare attenzione a quei fattori che influenzano il progetto, quali ad esempio l'isolamento termico, l'isolamento acustico, la protezione antincendio e gli impianti tecnici dell'edificio, nonché alle sue dimensioni. Il seguente studio intende essere quindi un supporto a operare le scelte più opportune di fronte a situazioni di carattere generale. In queste fasi della progettazione i procedimenti tecnologici del calcestruzzo sono di scarso interesse, motivo per il quale si è solo accennato il discorso relativo all'armatura (posizionamento dell'armatura, rilevazione delle sezioni dell'armatura); così come non sono stati trattati quei problemi per i quali il progettista può consultare i manuali tecnici; a eccezione di alcuni suggerimenti, difficilmente rintracciabili nella letteratura specialistica, che però possono semplificare notevolmente il lavoro dell'ingegnere.

Il volume si prefigge di essere uno strumento utile alla progettazione: per questo si è voluta fornire una visione d'insieme concentrando lo studio sui nessi tra i diversi tipi di costruzioni in calcestruzzo evitando l'analisi di quelle tipologie edilizie che esulano dal tema trattato o riflessioni sui singoli elementi costruttivi. Rispetto agli argomenti trattati abbiamo distinto tra costruzioni a più piani e a padiglione. Anche se non è da escludere il caso di un edificio a più piani con il tetto a padiglione. Nel capitolo Costruzioni a più piani si distinguono poi solette il cui sistema poggia sulle pareti, impiegate principalmente per abitazioni e uffici, e solette rette da montanti adatti a edifici commerciali o autorimesse. Le costruzioni a padiglione si dividono in costruzioni portanti principali, composte da elementi costruttivi a barra, e costruzioni portanti a piani. Il primo tipo viene utilizzato soprattutto per capannoni industriali, mentre il secondo per stazioni, padiglioni per mostre, edifici sacri ecc.

Si consiglia ai lettori di leggere i testi relativi prima di consultare le tabelle e le figure.

Dato che la distinzione adottata tra i diversi tipi di costruzioni non è rigida, frequenti sono i rimandi ad altre parti del volume. Nel capitolo sulle fondamenta non si è ritenuto necessario distinguere tra costruzioni a più piani e capannoni.

Questa terza parte del volume si basa soprattutto sull'Eurocodice (EC2); per le parti in esso mancanti, si è fatto riferimento alle norme DIN.

A pagina 168 si trovano l'elenco completo e la disposizione dei numeri delle legende per i disegni.

Costruzioni in calcestruzzo armato

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Costruzioni a più piani

Aspetti della produzione industriale La produzione industriale degli edifici si è resa possibile grazie all'utilizzo di gru "maneggevoli". In passato le gru servivano solo a trasportare i materiali costruttivi (mattoni, malta, calcestruzzo, tavole, travi per le casseforme); in seguito vennero utilizzate anche per spostare le casseforme e le impalcature. Parallelamente a questo sviluppo, i progetti iniziavano a includere elementi costruttivi di dimensioni e peso maggiori, fino ad arrivare a pannelli per pareti e solette che richiedono gru sempre più potenti. Questi sviluppi per la costruzione portante hanno migliorato di conseguenza le operazioni di montaggio: si può evitare l'applicazione dell'intonaco perché le grandi superfici possono essere prodotte in modo liscio e le casseforme, che possono essere usate più volte, risultano più economiche. L'inserimento delle finlture nella struttura portante deve adeguarsi ai nuovi procedimenti che determinano a loro volta conseguenze anche sulle piante degli edifici: • le piante delle costruzioni in calcestruzzo get tato in opera devono prevedere un utilizzo ri petuto delle casseforme e dell'impalcatura che, quindi, devono essere trasportabili senza smontarle; • le costruzioni prefabbricate devono prevedere un numero limitato nella varietà degli elementi. In un primo momento fu fatto il tentativo di applicare i nuovi metodi a costruzioni ancora di vecchia concezione; ciò non consentì, come è ovvio, di ottenere quell'effetto di razionalizzazione che solo condizioni diverse e ancora in lenta evoluzione avrebbero consentito. Per "industriale" si intende una produzione che limiti il più possibile il lavoro di manovalanza. Questa definizione però non spiega l'identità della produzione industriale e della prefabbricazione. La preparazione sul posto, per quanto riguarda la costruzione portante, può essere definita come un procedimento produttivo industriale o semi-industriale. In molti casi, però, la prefabbricazione è il presupposto di base dell'industrializzazione. Il termine "industriale" non deve essere considerato di per sé come un attributo positivo e • non sempre corrisponde al tipo più razionale di produzione. Possiamo però affermare che nei paesi industrializzati, tenendo conto della relazione tra il prezzo della manodopera e il mate102

riale, la produzione industriale risulta essere in certe condizioni la scelta più economica. Se una struttura portante viene realizzata in loco, con l'aiuto di casseforme e impalcature di grandi dimensioni, si parla di produzione semi-industriale. Le costruzioni realizzate con metodi industriali di produzione, descritte nelle pagine seguenti, prevedono una prefabbricazione degli elementi costruttivi. Le fabbriche erette in loco rendono possibile la produzione di elementi di grandi dimensioni che creerebbero disagi nel trasporto, ma per gli altri casi è meglio avvalersi delle fabbriche normali, date le migliori condizioni produttive. Abbiamo già citato i presupposti di base della produzione industriale e semi-industriale degli edifici. Un'altra caratteristica riguarda il modo in cui vengono adottati i metodi costruttivi. Rispetto alla progettazione valgono i seguenti criteri generali: • semplificazione delle piante; • livellazione dei singoli piani; • essenzialità formale degli edifici. La progettazione

Le due fasi di progettazione per procedimenti di produzione artigianali sono indicate nella tabella 3.1.1 ; esse non richiedono un accoppiamento reciproco, data l'adattabilità del procedimento artigianale. La progettazione dell'edilizia industrializzata richiede un accoppiamento reciproco e per questo non è possibile distinguere i vari settori della progettazione. Con il termine "edilizia industrializzata" si indica la costruzione di edifici realizzati secondo procedimenti industriali o semiindustriali. La tabella 3.1.2 indica la successione delle varie fasi. La scelta della struttura portante è data dalle seguenti valutazioni: • tipologie costruttive che vi si prestano; • valutazione se tali tipologie soddisfano le esi genze di utilizzo; • Salutazione delle costruzioni che soddisfano le esigenze d'utilizzo. Uno degli aspetti più importanti per la valutazione dei sistemi di costruzione è il confronto dei costi che vanno calcolati anche nei particolari, valutando la quantità dei materiali necessari. Questo procedimento non è attuabile se vi



è un'ampia varietà di scelte alternative. Avremo quindi una valutazione in due fasi: • preliminare grossolana e • una finale. La fase preliminare non tiene conto delle quantità (tabella 3.1.3), ma si limita a elencare i fattori che consentono una riduzione dei costi. Solo le costruzioni che soddisfano la maggior parte e i più importanti di questi presupposti vengono prese in considerazione per la valutazione finale, dove viene poi operato un confronto dei costi parziali e dei costi totali. L'impiantistica dell'edificio La progettazione della struttura portante deve rispettare l'impiantistica dell'edificio. Questi due aspetti rappresentano un'unità costruttiva che si caratterizza per il fatto che nessuno dei due sia di ostacolo per l'altro. È importante quindi che l'architetto, il progettista del sistema costruttivo e il progettista dell'impiantistica lavorino in stretta collaborazione e che già in fase di progettazione iniziale si presti attenzione anche ai particolari e non solo al progetto definitivo. Le condutture verticali vengono dislocate in pozzi all'interno della struttura portante che non viene invece intaccata dalle condutture orizzontali se i solai sono piani. È consigliabile raccogliere queste ultime nei locali (ad esempio i corridoi) dove è consentita un'altezza libera più bassa del solito ed è quindi possibile prevedere una controsoffittatura. Nel caso in cui siano necessarie travi al solaio o travi di sostegno per le luci delle campate più larghe, il loro posizionamento deve tenere conto della distribuzione delle condutture dell'acqua (vedi pag. 113). L'impiantistica tecnica dell'edificio dovrebbe essere integrata in modo tale da non ostacolare o indebolire il sistema portante neppure durante la fase di realizzazione. Si dovrebbero evitare le fessure così come non andrebbero immerse nel calcestruzzo le tubature per cavi elettrici. Con la scoperta dell'illuminazione a gas e, più tardi, della luce elettrica, i cavi venivano installati prima all'esterno e, solo più tardi, all'interno dell'intonaco. Nelle murature in mattoni ciò non costituisce un problema poiché la parete può essere facilmente aperta, mentre non risulta conveniente per il calcestruzzo, soprattutto a struttura superficiale liscia che necessita solo di stuccatura. I cavi elettrici devono essere installati negli elementi di finltura generale: nel battiscopa, nella cornice delle porte, eventualmente in tubi posizionati negli angoli tra le pareti e i solai. Da questi punti possono essere fatti partire i collegamenti per le lampade da solaio. Quando si ha una tubatura inserita nel solaio, spesso la sua posizione non si adatta all'arredamento e quindi I cavi devono essere portati liberamente sino alle lampade. Questo sistema potrebbe essere adot tato anche per i tubi posizionati negli angoli delle stanze. In ogni caso si dovrebbe progettare l'im pianto tecnico in modo da disturbare il meno possibile la costruzione in calcestruzzo. 103



Rifinitura generale II termine "rustico" significa che il sistema portante è stato montato, ma deve essere ancora rifinito con l'intonaco e i rivestimenti. Questo procedimento non si presta alle moderne costruzioni in calcestruzzo armato o in elementi prefabbricati dato che per ottimizzare i piani utili, le pareti non dovrebbero essere più spesse dello stretto necessario. La posizione del muro portante deve essere scelta in modo tale che i costi per le luci delle campate siano economicamente sostenibili. Perciò si deve tener conto della funzione delle pareti. Di norma le pareti che separano gli appartamenti sono realizzate in calcestruzzo armato (spessore = 18 cm) per ragioni di isolamento acustico (in alcuni casi anche la parete tra la camera da letto dei genitori e quella dei bambini viene realizzata in calcestruzzo armato). In alternativa si utilizzano pareti divisorie leggere (in gesso, cartongesso, armatura su piloni o calcestruzzo poroso). Non è opportuno caricare i pannelli della pavimentazione con pareti divisorie pesanti. Queste pareti leggere risultano poco sensibili alle deformazioni delle solette per cui non devono sottostare alle nuove norme relative alla flessione (si veda p. 107). La lastra di pavimentazione depositata sui due lati si deforma come la superficie di un cilindro. Le pareti che sono posizionate in direzione del cilindro, quindi trasversali alla direzione principale del peso, non vengono sollecitate. Le pareti che seguono la direzione principale del peso non sono in pericolo se vengono interrotte, ad esempio, da corridoi o porte le cui aperture raggiungano il solaio. Si può evitare la compressione delle pareti non portanti, collocate sotto i solai, se fornite di giunture idonee.

Giunti Giunti di assestamento I giunti di assestamento servono a evitare i danni agli elementi costruttivi causati dal differente as sestamento dei vari settori. Ciò può verificarsi quando il terreno edificabile è sottoposto a ca richi differenti: se ad esempio le parti dell'edifi cio non sono tutte della stessa altezza o se cam bia la composizione del terreno sottostante. Un assestamento differente può essere provocato anche dal diverso tipo di fondamenta (come nel caso in cui una parte dell'edificio con fonda menta poco profonde è affiancata da un'altra fondata su pali). I giunti di assestamento sono indicati quando parti dell'edificio vengono co struite in epoche differenti, dato che il terreno sottostante le prime costruzioni si è già conso lidato prima della prosecuzione dei lavori. Per evitare la formazione di gradini nei giunti tra i due settori dell'edificio è opportuno prevedere dei pannelli di accoppiamento. L'inserimento di giunti dovrebbe essere previsto nella fase iniziale della progettazione (scala 1:200), dato che la sua estensione deve raggiungere le fondamenta. II posizionamento ottimale del giunto dipende dalla forma dell'edificio con la quale deve ar monizzarsi rispettando, ad esempio, la dispo sizione delle varie sporgenze e rientranze. Giunti di dilatazione I giunti di dilatazione dovrebbero evitare i danni causati da oscillazioni della temperatura, dai differenti moduli di allungamento termico degli elementi costruttivi impiegati e dalla dilatazione o dalla contrazione del calcestruzzo. Gli ordinamenti consigliano dì posizionare i giunti di dilatazione a una distanza di 35 m l'uno dall'altro. Questa indicazione è valida per le costruzioni in muratura combinata con elementi in calcestruzzo armato, poiché i due materiali presentano moduli di allungamento termico differente e il coefficiente di dilatazione del calcestruzzo determina alterazioni termiche negative. Per questi motivi si verificano spesso spostamenti tra parete e solaio che provocano la formazione di crepe nei muri. Un buon isolamento termico è in grado di ridurre notevolmente gli assestamenti dell'edificio provocati dagli sbalzi di temperatura ed è quindi un aspetto da prendere in considerazione per valutare il tipo di intervento necessario. Nelle costruzioni dotate di isolamento termico, la fase critica si estende dal termine dei lavori alla prima volta in cui l'edificio raggiunge la sua temperatura ottimale. In seguito le oscillazioni della temperatura sono in genere talmente basse che la resistenza alla trazione del calcestruzzo è in grado di ammortizzare le tensioni. Anche negli edifici dì grandi dimensioni, un buon

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isolamento termico consente di evitare l'impiego dei giunti di dilatazione se esiste una tecnologia capace di diminuire le tensioni provocate dalla contrazione. La contrazione è il fenomeno che si verifica in seguito alla diminuzione della temperatura di idratazione, indipendentemente dal carico. È necessario che questa temperatura sia bassa ed è quindi opportuno impiegare un cemento con un basso sviluppo di calore e, in estate, raffreddare il calcestruzzo fresco o lavorare di notte. La contrazione è bassa quando il rapporto acqua-cemento è minimo. Il calcestruzzo non dovrebbe essere colato partendo da un lato dell'edificio, ma possibilmente cominciando dal centro (con andamento a spirale) da due o tre squadre in modo tale che quello appena gettato si leghi al calcestruzzo non ancora indurito. Il lavoro di rifinitura del calcestruzzo è una fase particolarmente delicata in quanto attraverso la lamina o la pellicola a spruzzo applicate devono essere in grado di garantire che l'acqua non evapori consentendo così: • che il calcestruzzo abbia acqua sufficiente alla cristallizzazione e • che il calcestruzzo non si raffreddi troppo ve locemente. Oltre alla plastica, che funge da freno all'evaporazione, è necessario che l'isolamento termico garantisca un raffreddamento lento e per quanto possibile uniforme del calcestruzzo. La pratica diffusa ancora oggi di bagnare il calcestruzzo fresco è sbagliata poiché provoca un raffreddamento violento e irregolare, che è all'origine della formazione di crepe. Anche se il calcestruzzo viene prodotto e lavorato rispettando tutte le indicazioni tecniche necessarie per ottenere un buon prodotto, non è possibile escludere in assoluto la formazione di crepe. Diversi autori consigliano a tal fine di aggiungere un'armatura resistente alla contrazione, ma ciò comporterebbe costi elevati in quanto la sezione trasversale dell'acciaio dovrebbe essere proporzionale allo spessore dell'elemento costruttivo. La soluzione più economica è quella di ridurre l'armatura al minimo e di riempire le crepe superiori a 0,3 mm. Non si tratta di una riparazione ma di una fase successiva del processo di produzione che interviene quando l'edificio è già isolato e le aperture (porte e finestre) sono chiuse, prima però che esso venga riscaldato. Nelle autorimesse sotterranee l'oscillazione di temperatura è limitata e quindi si possono evitare i giunti di dilatazione. Le crepe che eventualmente si formano possono essere riempite anche a una temperatura più bassa. Quando si aggiungono elementi costruttivi a parti già esistenti che presentano una bassa temperatura (ad esempio pareti a pavimenti o solai) è opportuno riscaldarle per evitare sollecitazioni negli elementi aggiunti, dovute all'abbassamento della temperatura di idratazione.


Gli edifici esposti a forti oscillazioni di temperatura, sia nell'arco della giornata sia tra una stagione e l'altra (ad esempio parcheggi coperti) devono essere progettati in modo che le oscillazioni non causino tensioni di pressione, vale a dire posizionando le solette sulle pareti cosicché vengano ammortizzate solo le forze del vento senza opporre resistenza alle deformazioni delle solette stesse. I montanti dovrebbero essere quindi di struttura esile per suscitare solo tensioni minime. Le tensioni di pressione vanno calcolate e ammortizzate tenendo conto del carico di trazione che l'armatura dovrà sostenere come nel caso del calcestruzzo precompresso (lastra di pavimentazione in calcestruzzo precompresso, p. 112). Questo metodo si adatta soprattutto ai pavimenti a diretto contatto con le automobili, in quanto evita la formazione di fessurazioni sulle lastre. Per ovviare alle tensioni di pressione può risultare opportuno inserire appoggi elastici in elastomeri sotto forma, ad esempio, di montanti oscillanti. Il parcheggio coperto nella BahnhofstraBe di Mùnster (fig. 3.1.4) adotta questo procedimento che consente ai soffiti, posti al di fuori della rampa di accesso, una maggiore elasticità di movimento.

3.1.4

Parcheggio coperto Bahnhofstraße, Münster

La resistenza al fuoco di una costruzione senza giunti viene stabilita da una perizia che deve valutare il comportamento dell'edificio in circostanze diverse. Se l'incendio si estende su un solo piano, si calcola la differenza termica tra le solette direttamente esposte al fuoco e quelle vicine. Si procede quindi a valutare la tensione del flusso dell'acciaio in base alla temperatura e il modulo E(t) corrispondente del calcestruzzo. In questo modo diminuiscono velocemente le tensioni di pressione. Un aspetto importante è l'analisi della sollecitazione dei centri o delle parti rigide che non devono cedere nei primi 90 minuti dell'incendio, la fase indicata dalla perizia come quella di "pieno incendio". Le indagini sulla resistenza al fuoco risultano necessarie per le costruzioni più esposte al rischio di incendi. Queste considerazioni sono valide solo in linea generale poiché saranno le circostanze a determinare di volta in volta gli interventi più opportuni. Se, ad esempio, la pianta dell'edificio è stretta si prevederanno sicuramente dei giunti di dilatazione. Nelle costruzioni con elementi prefabbricati le fasi di dilatazione e di contrazione del calcestruzzo sono già pressoché concluse e quindi i rapporti risultano più convenienti; inoltre i movimenti possono essere ammortizzati tramite appositi cuscinetti. I giunti sono elementi deboli, oltretutto molto costosi; è quindi opportuno limitare il loro utilizzo solo ai casi in cui lo si ritenga davvero indispensabile. L'inserimento dei giunti sia nella struttura portante sia in fase di finltura dell'opera va pianificato ed eseguito con estrema attenzione. Giunti di ripresa La tecnica di produzione e le circostanze particolari delimitano la dimensione del getto del 105



3.1.5

Caricamento di solette e scale

calcestruzzo. I singoli settori vengono separati dai giunti di ripresa che non interrompono invece l'armatura. Il calcestruzzo viene delimitato nel primo settore di getto. Nel successivo esso è colato contro la superficie ruvida di delimitazione. È la ditta che esegue i lavori a stabilire, in accordo con l'architetto e la direzione del cantiere, le caratteristiche dei giunti di ripresa. A costruzione terminata, il giunto non è più visibile. Spesso per limitare l'azione della contrazione vengono realizzati dei falsigiunti. Durante il primo getto si lasciano liberi dei canali larghi dai 30 ai 50 cm posti tra i vari settori che vengono chiusi solo quando si è già avuto una parziale contrazione. I giunti formati dopo la colatura dei falsigiunti vengono realizzati come i giunti di ripresa.

Tetti

3.1.6 Valori suppl. per la sicurezza delle parti sollecitate

In questa parte verranno analizzati solo i tetti con un sistema portante in calcestruzzo armato. Tetti inclinati

Oggi il tetto viene spesso realizzato in calcestruzzo armato soprattutto per soffitte abitabili (mansarde). È ormai consuetudine impiegare lastre prefabbricate per costruzioni più grandi o per centri residenziali. Tetti piani

I tetti piani vengono realizzati utilizzando lastre di calcestruzzo armato con un isolamento ter mico e rivestimenti bituminosi o in materiali pla stici (PVC). È consigliabile dividere il tetto in più settori tramite pendenze dato che ciò facilita l'individuazione di eventuali perdite, altrimenti difficilmente localizzabili.

3.1.7

Struttura dei solai per case d'abitazione

3.1.8

Struttura del solaio per edifici di uffici

Gli esempi riportati nella parte 4 (p.168 e segg.) riguardano solo tetti non aerati (tetti caldi); mentre i tetti ventilati (tetti freddi) richiedono un doppio sistema portante anche se il secondo livello ha una luce minore delle campate. Data la stabilità del "tetto caldo", la realizzazione di un "tetto freddo" risulta necessaria solo in casi eccezionali. Il peso dei tetti in calcestruzzo armato con copertura bituminosa e uno strato di ghiaia o piante li rende adatti solo per campate a luce ridotta (abitazioni ed edifici per uffici); mentre non si prestano ai capannoni. Se il calcestruzzo è impermeabile la lastra in calcestruzzo armato può anche servire come strato di guarnizione (copertura reversibile). È necessario che le lastre in calcestruzzo armato siano posizionate in modo tale da non essere sottoposte a tensione (scorrevoli) per evitare la formazione di fessurazioni. In alcuni casi la lastra è in calcestruzzo precompresso (si vedano anche i tetti in calcestruzzo realizzati in loco,

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p. 113). I tetti in calcestruzzo armato devono essere costruiti seguendo le indicazioni previste per le solette. Dalla tabella 3.1.22 si desume, nella norma, una categoria di caricamento I.

Solai Esigenze

Caricamento Le tabelle 3.1.5 e 3.1.6 riassumono i valori dei carichi e di quelli supplementari di sicurezza delle pareti. Isolamento acustico La norma DIN 4109 e il supplemento del novembre 1989 (si veda p. 87) contengono le richieste per l'isolamento acustico che variano a seconda che si tratti di edilizia abitativa o di case a più piani in generale. La figura 3.1.7 indica la struttura della soletta in grado di garantire l'isolamento acustico nelle abitazioni, anche se l'intonaco può essere sostituito da un maggiore spessore del calcestruzzo. L'edizione del novembre 1989 della DIN 4109 conferma che una lastra in calcestruzzo armato dotata di un rivestimento che ammortizzi i rumori dei passi risulta essere sufficientemente isolante dal punto di vista acustico. Questa soluzione viene però proibita per evitare il rischio che gli utenti utilizzino coperture non conformi alle norme. Anche se questo ordinamento contribuisce in modo determinante ad aumentare i costi di costruzione, non è neppure immaginabile quali conseguenze avrebbe determinato l'adempimento generale di questo principio. La figura 3.1.8 mostra la struttura della soletta di un edificio per uffici realizzata con lastre compatte. A causa delle irregolarità nelle dimensioni delle solette in calcestruzzo armato, determinate dal processo di produzione, è possibile che il pavimento presenti in alcune parti uno spessore di soli 2 cm. La valutazione del valore dell'isolamento acustico deve basarsi quindi su questo indice minimo. Diversi sono i procedimenti che rendono la superficie della lastra di calcestruzzo abbastanza liscia da consentire l'applicazione diretta della copertura elastica, senza bisogno di un pavimento in tavole con intermezzi di gesso (fig. 3.1.9, si veda anche il paragrafo Caratteristiche della superficie, p. 107). Le esigenze crescenti di sistemi di cablaggio sui posti lavoro determinano spesso la realizzazione di pavimenti tavellati o a doppio fondo che però non suppliscono l'isolamento acustico. Protezione antincendio In Germania, i regolamenti edili dei Lànder contengono i presupposti necessari a garantire la protezione antincendio. Nella maggior parte dei casi le solette devono corrispondere alla categoria antincendio F 90 che prevede uno spes-



sore minimo di 10 cm. La DIN 4102, edizione 1994, parte 4 (si veda p. 90) indica i rivestimenti necessari al calcestruzzo distinguendoli in base alle condizioni specifiche degli edifici quali la posizione, la tipologia edilizia, il tipo di pavimento, di intonaco ecc. Se si impiegano lastre continue le richieste si riducono, come, ad esempio, quando in tutte le tavole il 20% dell'armatura di supporto necessaria corrisponde all'armatura minima superiore (fig. 3.1.10). Durante un incendio si abbassa il limite di svernamento dell'armatura inferiore formando una cerniera elastica che si piega su un lato. L'armatura superiore è meno esposta al calore, rimane intatta evitando la formazione di una catena cinematica (fig. 3.1.11 A). Il grafico 3.1.11B mostra la catena cinematica causata dalla formazione di una cerniera elastica di una lastra a quattro scompartimenti senza armatura superiore. La norma DIN 4102, edizione 1994, parte 4, richiede la realizzazione di un'armatura superiore pari al 20% di quella di sostegno solo per lastre appoggiate su montanti; mentre per le lastre appoggiate linearmente prevede solo un allungamento dell'armatura di sostegno di 0,15 I; anche se questa non sembra un'indicazione plausibile. Limite della flessione II limite di flessione dovrebbe garantire l'idoneità all'utenza dell'edificio. Esso evita sia la formazione di crepe nelle pareti non caricate, poste al di sopra di solette che abbiano subito deformazioni, sia che le pareti sottostanti vengano sottoposte a carichi. LEC2 consiglia che la flessione f di elementi costruttivi sottoposti a un carico quasi continuo sia generalmente limitata a f = leff / 250 (dove ieff indica l'effettiva luce della campata). Gli elementi costruttivi che possono provocare danni se sottoposti a una deformazione eccessiva non devono superare un valore di flessione di f = leff / 500. L'esatto valore di flessione può essere stabilito solo in seguito all'analisi dei seguenti dati: • parametri dell'elemento portante: forma della sezione trasversale; massa dell'armatura di trazione e dell'armatura di compressione; qualità del calcestruzzo; forza elastica; • composizione del calcestruzzo: tipo di cemento; quantità di cemento; rapporto acqua-cemento; tipo di aggregato; • condizioni dell'immagazzinaggio: trattamento di rifinitura; umidità dell'aria; temperatura media durante i primi 7 giorni; • andamento dei carichi: data della gettata;

eliminazione delle casseforme laterali dopo disarmato dopo ... giorni; tutti i cambiamenti del carico continuo. A eccezione dei parametri dell'elemento portante, non è possibile conoscere gli altri dati già in fase di progettazione. Motivo per il quale è più opportuno limitare, anziché la flessione, lo spessore flessibile leff /d, dove d indica l'altezza statica utile (distanza del punto di gravita dell'armatura dal bordo compresso) e leff la luce della campata effettiva (tab. 3.1.12). Il grafico 3.1.13 mette a confronto le differenti altezze statiche in base alla luce delle campate. La definizione contenuta nell'EC2 di elementi costruttivi con armatura debole o forte è data dal grado di armatura (sezione trasversale dell'armatura del compartimento in relazione alla sezione trasversale del calcestruzzo). Nell'architettura civile gli elementi costruttivi possiedono di norma un'armatura debole. I valori intermedi possono venire interpolati. Per calcolare lo spessore della soletta è possibile considerare la lastra finale come fissata nella parete in calcestruzzo armato (fig. 3.1.14) in quanto la rigidità delle due pareti garantisce che non si creino deformazioni dell'angolo rilevanti rispetto alla luce di campata più ampia. Le luci di campata massime per lastre di solette con uno spessore acustico minimo dipendente dall'appoggio sono elencate nella tabella 3.1.15. I valori della tabella sono indicativi. Gli elementi costruttivi possono essere anche più sottili "se lo consente la tipologia dell'edificio o se si può escludere per certo il verificarsi di una flessione grazie a particolari caratteristiche costruttive (ad esempio precompressione, sopraelevazioni), a calcoli esatti e/o all'esperienza" (Polónyi e Digleli, 1976). Si consiglia tuttavia di non scendere al disotto di I/35. Le variabili costruttive che incidono sull'eventualità che le pareti non portanti, posizionate sulle solette, subiscano danni, sono la scelta del tipo di muro e la sua conformazione costruttiva. Le pareti murate (fragili) sono più sensibili alla flessione della soletta rispetto alle pareti di tavoloni o alle pareti montate (si veda la parte sulla rifinitura generale a p. 104). Caratteristiche della superficie Lo strato di gesso che viene di norma posto sulla superficie di una lastra in calcestruzzo ha la funzione di equilibrarne le eventuali imperfezioni o i dislivelli. Questo rivestimento, in genere di 4-5 cm, è un peso morto che aumenta lo spessore della soletta; per questo motivo sono stati sviluppati metodi in grado di produrre superfici già liscie, tra i quali il procedimento a vuoto. Persino un calcestruzzo secco presenta un contenuto di acqua doppio rispetto a quello ne1 107


3.1.13 Altezza statica della lastra per il solaio


cessano per la cristallizzazione; per questa ragione il calcestruzzo compattato viene coperto con tappeti filtranti e l'acqua superflua aspirata. Il procedimento consente di ottenere un calcestruzzo compresso con una superficie liscia e più compatta. Questo calcestruzzo, eventualmente addizionato di sabbia a grani spigolosi, risulta idoneo per i manti sui quali passano direttamente le automobili, come nei parcheggi coperti. Perché il metodo risulti vantaggioso dal punto di vista economico è necessario che venga applicato a grandi superfici continue. Nel metodo Quintling il processo di indurimento viene pilotato da un ritardatore che consente di trattare la superficie ancora per qualche tempo dopo il getto.

3.1.14 Deformazione delle lastre perii solaio incastrate in una parete di calcestruzzo armato

3.1.15 Luce massima della campata delle lastre per il solaio con lo spessore minimo per l'isolamento acustico

Sistemi di solette Calcestruzzo preparato in loco Le solette in calcestruzzo preparato in loco vengono realizzate in cantiere gettando il conglomerato direttamente nelle casseforme. Se si utilizzano tavole adatte, la superficie inferiore della soletta può risultare abbastanza liscia da non richiedere rivestimenti d'intonaco o altri materiali. I moderni sistemi di casseforme e di impalcature consentono brevi tempi di produzione. Lastre appoggiate linearmente Le solette appoggiate linearmente sono quelle posizionate sulle pareti o fissate nelle pareti di calcestruzzo armato. Lo spessore delle lastre dipende dalle richieste di isolamento acustico e di protezione antincendio. Per carichi bassi è determinante il limite di flessibilità o lo spessore flessibile, per carichi maggiori la sollecitazione del calcestruzzo. Le "lastre a elementi", quali ad esempio quelle delle solette filigranate, sono parzialmente prefabbricate. In fabbrica viene prodotta una lastra in calcestruzzo armato con un spessore di 5-6 cm nella quale è già stata inserita l'ar' matura nella direzione principale. Questi elementi, che grazie al peso limitato possono essere manovrati in cantiere senza difficoltà con una gru a torre, fungono da armatura a perdere per il calcestruzzo preparato in loco gettato in un secondo tempo (fig. 3.1.16). Le travi reticolari parzialmente inserite nel calcestruzzo : consentono di ottenere la rigidità necessaria per il trasporto e per il montaggio. Esse consentono inoltre, fino a una determinata luce di campata, di evitare l'impalcatura. Per luci di campata maggiori sono necessari appoggi intermedi. Nel prodotto finito i ganci delle travi reticolari servono a unire l'elemento prefabbricato al calcestruzzo preparato in loco. Le solette in lastre a elementi sostengono il carico soprattutto in una direzione principale. Un'armatura supplementare, posizionabile sulle lastre prefabbricate solo in costruzioni ad altezza limitata, garantisce una ripartizione del carico in due direzioni.

3.1.16

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Lastra per il solaio parzialmente prefabbricato

Tipologia dei muri trasversali Le solette con luci di campata minori, come ad esempio quelle delle abitazioni o degli uffici, vengono realizzate in lastre di calcestruzzo armato senza travi di sostegno e senza costoloni. Il muro trasversale si presta all'edilizia abitativa (fig. 3.1.17). Le pareti trasversali separano in genere un appartamento dall'altro, anche se è possibile unire due stanze attraverso un'apertura nel muro (fig. 3.1.23). Le aperture nella soletta permettono di progettare con scale interne abitazioni su più volumi alle quali si accede attraverso corridoi centrali, laterali o ballatoi. Le distanze differenti (alternanti) tra le pareti trasversali, consentono di realizzare abitazioni di varie dimensioni. L'utilizzo di pareti trasversali permette di impiegare impalcature e casseforme della stessa dimensione delle stanze e di spostarle in un unico blocco. La presenza di un muro longitudinale centrale non ostacola questo procedimento costruttivo. Dopo che impalcatura e casseforme sono state installate, si procede a inserire l'armatura, formata per lo più da reti, e poi si getta il calcestruzzo generalmente pompandolo. Il riutilizzo delle unità di impalcatura e di casseforme senza smontaggio è possibile solo se non vi sono appoggi o architravi, nonostante la loro utilità da un punto di vista statico. Se ciò non viene rispettato, i costi supplementari necessari possono risultare più alti rispetto a quelli per armature e pareti di dimensioni maggiori. La facciata è costituita da elementi leggeri che, insieme a porte e finestre, formano un'unità. La distanza tra punto di fuga e vano scale di ogni punto del piano non deve superare i 30 m. La distanza massima tra gli assi dei due vani scala da progettare deve essere quindi di 56 m circa. In case a più piani realizzate in calcestruzzo armato è possibile posizionare le pareti sopra un montante solo, perché l'incastro del muro è assicurato dai due dischi delle solette. Le forze che vengono così trasmesse nelle solette devono essere deviate fino alle fondamenta. È necessario rimuovere l'impalcatura solo nel momento in cui tutti gli elementi costruttivi che assicurano la stabilità hanno raggiunto la capacità portante necessaria. Nei condomini con negozi al piano terra e/o un parcheggio sotterraneo, negli alberghi con ristoranti e sale riunioni ai piani inferiori e negli ospedali con le camere di degenza ai piani superiori e gli spazi per le cure a quelli inferiori, è opportuno evitare il montante sotto ogni seconda parete trasversale dei piani inferiori (fig. 3.1.18). In questo modo vengono deviate le spinte del muro sul muro esterno o sul suo montante e la forza della muratura di sostegno dal diagramma



delle forze della soletta sui muri vicini. Risulta superflua una trave di sostegno in quanto la sua resistenza alla flessione è inferiore a quella data dalle resistenze congiunte di solette e pareti ed essa verrebbe caricata solo se questo effetto venisse meno. Lo sfruttamento dell'effetto delle forze risulta inoltre più economico poiché l'armatura supplementare necessaria per ottenerlo è inferiore a quella della trave di sostegno. Tipologia dei muri maestri Nei palazzi per uffici (figg. 3.1.19 e 3.1.20) la parete del corridoio ben si presta quale muro portante per l'appoggio della lastra della soletta. I muri maestri sono in genere idonei al posizionamento centrale del corridoio. Le pareti trasversali vengono inserite in un secondo momento come muri divisori non portanti. Le pareti trasversali che separano gli appartamenti devono essere realizzate di norma a due gusci per soddisfare le esigenze di isolamento acustico.

3.1.17 Tipo di muro trasversale in calcestruzzo preparato sul posto

Lastre appoggiate su più punti (solette piane) Nelle costruzioni industriali e in particolare nei parcheggi coperti è possibile solo una distribuzione limitata dei muri. Per questa ragione le solette vengono appoggiate prevalentemente su montanti, ossia su più punti. È necessario che le solette siano il più possibile basse poiché, diminuendo l'altezza dei piani si riduce il volume dell'edificio o, negli edifici più alti ad altezza stabilita (altezza di grondaia), ciò consente di aumentare il numero dei piani. Le lastre con supporti in più punti sono solette appoggiate direttamente sui montanti: hanno uno spessore minimo determinato spesso dalla perforazione nel settore d'appoggio. I vantaggi delle solette piane sono costituiti dalla possibilità di posare gli impianti senza ostacoli e di posizionare muri non caricati in ogni direzione poiché mancano travi di sostegno o rinforzi alla testa dei montanti (fig. 3.1.24). Per le aperture nelle solette appoggiate su montanti si veda pagina 120. Solette a fungo Si può aumentare la resistenza alla perforazione anche allargando il diametro dei montanti o rinforzando la testa del montante (fig. 3.1.25 a-d). Questo rinforzo può anche trovarsi sopra la lastra, come ad esempio nei parcheggi coperti dove protegge il manto dai pneumatici delle macchine (fig. 3.1.25e). Le teste a fungo riducono la sollecitazione del momento e consentono distanze più larghe fra gli appoggi (si vedano pp. 17, 21).

A con trave di sostegno 3.1.18 Deviazione delle spinte di un muro trasversale

B

attraverso l'effetto delle forze

3.1.19

3.1.20

Solette cave Queste solette sono costituite da lastre nelle quali sono stati inseriti corpi cavi (tubi in latta o cartone) che formano delle cavità (fig. 3.1.26). Essi devono essere fissati contro le spinte idrostatiche durante il getto del calcestruzzo. La loro azione è quella di diminuire il peso proprio della lastra consentendo un risparmio sulla quantità di calcestruzzo impiegata. Esempio di muro maestro con una parete centrale

Esempio di muro maestro con due pareti centrali

109


3.1.21

Elenco dei carichi p* kN/m2


Calcolo delle larghezze possibili per porte in muri trasversali e in muri maestri Esempio 1 condizioni date: • tipo di muro trasversale con una distanza degli assi delle pareti di I = 6,00 m = a' • spessore del solaio h = 16,0 cm • peso effettivo gk = 1,0 kN/m2 • peso variabile qk = 2,00 kN/m2. Secondo le tabelle 3.1.21 e 3.1.22: categoria di carico II con p* = 5,25 kN/m2 secondo 3.1.23 categoria di carico II risulta una larghezza d'apertura b = 3,05 m

3.1.22

Categorie di carico

Esempio 2 condizioni date: • tipo di muro maestro con una distanza tra gli assi di l1 = 5,70 m e l2 = 3,90 m. La lastra del solaio è incastrata nei muri esterni • spessore del solaio h = 18,0 cm • peso effettivo gk = 1,0 kN/m2 • peso variabile q = 3,25 kN/m2. secondo le tabelle 3.1.21 e 3.1.22: categoria di carico III con p* = 7,50 kN/m2 luce delle campate del solaio a' = (l1 + l2)/2 = = (3,90 + 5,70)/2 = 4,80 m secondo 3.1.23 categoria di carico III risulta una larghezza d'apertura di b = 3,75 m

3.1.23 Calcolo delle larghezze di aperture in pareti senza travi di sostegno La luce della campata del solaio determinata a' risulta dal valore medio delle larghezze delle campate del solaio vicino, ossia, per un tipo di muro trasversale con la stessa distanza, a' corrisponde alla larghezza della luce della campata I, per un tipo di muro maestro a' = (I-, + l2)/2. Le categorie di carico sono elencate nella tabella 3.1.22. I diagrammi sono stati realizzati per le seguenti condizioni: • calcestruzzo C 30/37; • si rinuncia a un'armatura contro le spinte; • il limite di flessibilità del solaio di d = 0,6 x I/35; • larghezze maggiori della luce di campate non sono state considerate perché allora si tratterebbe di una costruzione a montanti e non un tipo di muro maestro o di parete trasversale.

110


Tuttavia, a causa del costo elevato di questo procedimento e della necessità di armare le nervatura, questo tipo di lastra viene utilizzato sempre meno. Non sono, invece, più rare oggi le lastre in calcestruzzo compatto dello spessore di 35 cm. Solette a costoloni La diffusione di questo tipo di soletta parte dall'idea che, eliminando una parte di calcestruzzo nella zona di trazione, il peso proprio diminuisce e la capacità portante per il carico di lavoro aumenta nonostante un'altezza statica invariata. Tuttavia dati gli alti costi di produzione maggiore è consigliabile adottarle solo per luci di campate più larghe e/o lastre più spesse. La figura 3.1.27 indica le dimensioni richieste per la soletta a costoloni, secondo la DIN 1045, paragrafo 21.2.2. Altre condizioni sono: • carico di lavoro p < 5,0 kN/m; • che non sia destinata a superfici sulle quali scorrono mezzi di trasporto più pesanti delle macchine; • se la soletta viene caricata con pesi singoli è necessario esaminare l'effetto sia sulla lastra intera sia sui costoloni (tabella 3.1.5, EC QK); • risulta economicamente vantaggiosa per luci di campate di 8-15 m. Le solette a costoloni vengono appoggiate su pareti o su travi di sostegno. Se si hanno luci di campate ristrette, la trave di sostegno può essere anche posizionata all'altezza del solaio. Per solette continue è necessario rinforzare i costoloni attraverso raccordi orizzontali nelle zone di momento negativo (fig. 3.1.28). Questo tipo di solette viene realizzato con casseforme riutilizzabili in lamiera di acciaio, in materiale sintetico o con casseforme a perdere, con materiali di riporto in calcestruzzo con pomice, calcestruzzo con scorie, in mattoni forati o con pannelli leggeri in lana di legno. Le solette a costoloni vengono utilizzate per superfici con una direzione portante principale. Solette a cassettoni Se le superfici sono quadrate o semiquadrate (IY/IX < 1,5) per i solai si adottano le solette a cassettoni. I costoloni vengono disposti in modo ortogonale. In linea di massima le indicazioni per il solaio a costoloni sono anche valide per il solaio a cassettoni. Questi ultimi possono però essere appoggiati direttamente sui montanti senza la necessità di travi di sostegno intermedie. Nel punto di appoggio il solaio viene realizzato come una lastra compatta per deviare il momento negativo ed evitare la perforazione. Vi sono ditte specializzate che noleggiano le casseforme adatte. Questi solai possono essere realizzati anche con strutture triangolari. Pier Luigi Nervi disponeva i costoloni in base all'andamento dei mo-


vimenti di flessione principali. Per far ciò si fece costruire degli elementi in ferro-cemento (calcestruzzo a grano fine armato con funi) che utilizzò come casseforme a perdere (p. 31). Solette a intelaiatura di traversine Se non sussistono le condizioni per solai a costoloni contenute nella norma DIN 1045, non sono più sufficienti i vantaggi dati dalle semplificazioni per la sua documentazione e per la sua produzione. Il solaio a intelaiatura di traversine è un solaio a cassettoni che presenta una distanza maggiore tra i costoloni o, in altri termini, un solaio su travi di sostegno i cui punti di incrocio non sono sostenuti. Un esempio di questo tipo di solaio è dato dalla Unity Church di Oak Park a Chicago di Frank Lloyd Wright(p. 21). L'intelaiatura di traversine è costituita da una lastra e da travi di sostegno che insieme formano delle travi a T. Le travi possono essere disposte ad angolo retto o obliquamente. Solai a travi di sostegno Quando il solaio è appoggiato su travi di sostegno (travi di solaio) che agiscono insieme alle lastre, si parla di solaio a travi di sostegno. Appartengono a questo tipo anche i solai in cui la distanza tra i costoloni sia superiore a quella massima consentita. Le travi di sostegno (travi di solaio) vengono appoggiate su pareti o su travi principali. In base al rapporto delle luci di campate IY/IX, le lastre sono tirate unilateralmente o bilateralmente (figg. 3.1.30e3.1.31). Nel caso di una lastra tirata unilateralmente, le travi di sostegno sono posizionate solo di traverso rispetto alla direzione della trazione. Non è necessario disporre le travi di sostegno ad angolo retto. Per travi o travi di sostegno con superficie di carico (A) superiore a 20 m2, il peso variabile può essere ridotto con il fattore ocA = 0,5 + 10/A. Le solette piane e a fungo consentono di installare gli impianti senza ostacoli. Quando si sceglie un sistema con travi di sostegno si deve prestare attenzione alla disposizione delle travi e dei cavi. Si consigliano sistemi in cui le travi di sostegno non siano continue cosicché sia possibile installare gli impianti nelle zone libere. Queste strutture sono da preferire a quelle con travi di sostegno con aperture, dato che permettono una libertà maggiore nella posa degli impianti (figg. da 3.1.32 a 3.1.34). Lastre rettangolari con un rapporto IY/IX intorno a 1,0 hanno momenti molto più bassi rispetto a lastre che deviano il carico solo in una direzione. Motivo per cui si potrebbe preferire una disposizione delle travi di sostegno a incrocio. Da confronti effettuati emerge invece che l'armatura della lastra in due direzioni principali insieme con le travi di sostegno richiede un di-

111



spendio che non giustifica questa soluzione, soprattutto tenendo presenti le conseguenze delle travi supplementari sul lavoro di rifinitura e sull'impiantistica tecnica dell'edificio. Ancora una volta risulta consigliabile progettare il sistema portante insieme all'impianto tecnico dell'edificio.

3.1.29 Valore di orientamento per la sezione dell'armatura

La trave maestra soprastante Le travi maestre soprastanti vengono di norma posizionate ai bordi delle lastre come parapetti o sopra le aperture nel muro come attici. Esse agiscono insieme alle lastre posizionate nella zona della pressione nel momento di appoggio. Con travi maestre a parapetto (h = 1,30 m) è possibile giungere a una distanza tra i montanti di 15 m. Per la deviazione dei momenti di campo, il bordo superiore del parapetto viene rinforzato quando si devono superare le luci di campata più ampie (si veda p. 174). Questo tipo di trave risulta molto dispendioso poiché richiede un doppio getto di calcestruzzo, dopo che le casseforme laterali sono state messe sul calcestruzzo già indurito della lastra. Lastra per solaio in calcestruzzo precompresso1 Con la compressione del calcestruzzo tramite l'inserimento di acciaio è possibile: • evitare crepe nel calcestruzzo (la sollecitazione di trazione viene compressa); • impiegare lastre più sottili e • migliorare la situazione nella zona di perfora zione dei solai piani. Vengono inseriti nel calcestruzzo, indipendentemente da un'armatura di base senza tensione, cavi di acciaio circondati da tubature a diverse altezze in corrispondenza con la ripartizione dei momenti. Attraverso i cavi tiranti posizionati ad altezze differenti vengono prodotte forze di rinvio analoghe alla linea dei momenti di carico nel sistema portante che contrastano le forze causate dai carichi. Perciò è possibile o ridurre lo spessore della lastra o ampliare in modo considerevole la distanza tra i montanti (fig. 3.1.35). Inoltre diminuisce la tendenza alla formazione di crepe. La precompressione determina un altro vantaggio rispetto a solai senza tensione, che necessitano nella zona degli appoggi di un'armatura in più contro la flessione e la perforazione, spesso difficilmente inseribile cosicché frequentemente si devono aggiungere listelli dentati a una giunzione o elementi in acciaio supplementari. I tiranti vengono sollevati sopra i montanti. La forza trasversale della lastra viene parzialmente deviata a causa della componente verticale della forza del tirante, in questo modo il calcestruzzo risulta molto meno soggetto alla perforazione. La dimensione delle forze di rinvio è determinata soprattutto dall'altezza dei tiranti. Nell'area del compartimento essi devono 1

3.1.30 Solaio a travi di sostegno, lastra di solaio tirata unilateralmente

112

3.1.31 Solaio a trave di sostegno, lastra di solaio tirata bilateralmente

In collaborazione con E. Conrads.



produrre forze di rinvio che deviano verso l'alto, nell'area di appoggio verso il basso (fig. 3.1.36). Gli elementi tiranti normalmente utilizzati nella costruzione di ponti risultano inidonei sia per il tipo di forza tirante sia per le dimensioni. Per le lastre da solaio sono necessari tiranti piccoli che, per ottenere forze di rinvio ottimali, non devono essere posizionati in fasci ma in modo aderente o non aderente. Per i tiranti in aderenza, i cavi o i cavetti nel tubo vengono iniettati con la malta di cemento in modo tale da deviare le forze tiranti sul calcestruzzo circostante. L'iniezione di malta è una protezione eccellente alla corrosione dell'acciaio del tirante. Per tiranti senza aderenza, i cavetti coperti in fabbrica con uno strato di grasso contro la corrosione e da una guaina vengono inseriti nel calcestruzzo e tirati dopo il suo indurimento, per cui la forza della precompressione viene deviata nel calcestruzzo verso i punti di ancoraggio. Di norma gli elementi tiranti vengono srotolati all'interno del livello di appoggio e fissati fra i travetti con i tiranti all'altezza desiderata. La sezione del solaio determinata dalla quantità di calcestruzzo e dal tipo di casseforme può essere già precompressa quando il calcestruzzo raggiunge una solidità di 25 N/mm2 circa. Dopo la precompressione si possono rimuovere subito le casseforme poiché il peso proprio del calcestruzzo viene annullato dalle forze di rinvio. Le casseforme sono a breve riutilizzabili per il getto in un altro settore. Nei giunti del getto di calcestruzzo, gli elementi tiranti vengono uniti attraverso ancoraggi alla parte di costruzione già terminata consentendo un andamento rapido dei lavori che possono concludersi nell'arco di una settimana. Quando i punti per l'ancoraggio (lato frontale delle lastre) non sono raggiungibili, come ad esempio le fondamenta che vengono circondate senza lasciare uno spazio libero sul lato esterno, allora gli elementi vengono tirati con ancoraggi specifici, posizionati entro il settore di lavoro (fig. 3.1.37).

3.1.32 Lastra a tre sezioni tirata unilateralmente Travi di sostegno continue Posizionamento dei cavi in una direzione, senza aperture

3.1.33 Lastra a tre sezioni tirata unilateralmente con un'area di solaio piano Travi di sostegno continue Posizionamento dei cavi in due direzioni, senza aperture

I progetti relativi a solai in calcestruzzo precompresso devono prevedere che durante il tiraggio essi non vengano ostacolati troppo da pareti o nuclei controventati. Perciò è necessario prevedere montanti oscillanti con appoggi elastici. Questi appoggi sono scorrevoli sulle pareti e sui nuclei. Dopo la trazione, le connessioni situate presso i dischi delle pareti diventano resistenti al taglio per permettere la deviazione delle spinte orizzontali. Pavimenti con passaggio diretto delle automobili (parcheggi coperti) Per evitare i danni sulle pavimentazioni dei parcheggi coperti si utilizzano le lastre in calcestruzzo armato. È necessario realizzare la la-

3.1.34 Lastra di solaio tirata in direzione longitudinale con un'area di solaio piano Posizionamento delle travi: cavo principale con deviazioni

116 trave di sostegno 118 montante 124 posizionamento dei cavi

113



3.1.35 Valori di orientamento per lo spessore dei solai variabili in base alla luce di campata 3.1.36 Posizionamento dei tiranti nella testa del montante

stra con una superficie liscia, ciò è possibile seguendo il procedimento a vuoto. Durante l'inverno le automobili lasciano sali antigelo sulla pavimentazione e il calcestruzzo normale, anche con crepe dì una larghezza anche solo inferiore < 0,2 mm, non offre una protezione sufficiente alla corrosione determinata da acqua che contiene eloro. Per questo si utilizza il calcestruzzo precompresso in grado di garantire una resistenza anche contro le crepe superficiali. Solai con sottotiranti Per luci di campate più ampie, la lastra in calcestruzzo armato può essere ulteriormente sostenuta da montanti che poggiano su un sistema di sottotiranti. La spinta dei montanti viene deviata attraverso un rinforzo della testa (pericolo di perforazione), quale ad esempio un capitello in acciaio fuso posto nella lastra. La costruzione perde snellezza se il sistema di sottotiranti deve essere rivestito per adempiere alle richieste antincendio F 90. Nei solai del Museo del lavoro e della tecnica di Mannheim è stato aggiunto ad esempio, per ragioni di progettazione tecnica (risparmio sull'impalcatura), un traliccio portante in elementi metallici (fig.3.1.38) Solai in elementi prefabbricati Lastre compatte appoggiate linearmente Le lastre compatte possono essere appoggiate linearmente o su punti. Solo in rari casi vengono utilizzate per luci di campate di oltre 6 m. La larghezza delle lastre non deve superare 3,60 m, misura che consente di trasportarle su un carro a piano ribassato posizionandole obliquamente (si vedano i criteri della progettazione di montaggio per edifici, tabella 3.1.3). Per quanto riguarda la produzione delle lastre si veda la tavola per gli elementi prefabbricati a pagina 121.

3.1.37

Elementi tiranti con ancoraggi intermedi

02 Calcestruzzo armato/calcestruzzo preparato in loco 12 trave metallica 3.1.38 Solaio con sottotiranti

114

I bordi esterni delle lastre vengono prodotti con una scanalatura e poi sigillati (fig. 3.1.39). La sigillatura garantisce che durante il caricamento di una lastra quella a fianco abbia lo stesso grado di flessione. II bordo della lastra viene dentellato. Per deviare le spinte orizzontali (vento o posizione obliqua non prevista degli elementi costruttivi che de viano il carico) verso i solai, i vani scala e gli ele menti controventati, i solai devono essere mu niti di un'armatura tirante. Quest'armatura deve essere condotta attraverso un cassero dentato e non deve quindi sporgere lateralmente dalla lastra prefabbricata. La deviazione delle spinte viene garantita da un'armatura inserita in una giuntura e sigillata o da elementi saldati all'ar matura che, dopo essere stati installati, ven gono giuntati con impiombatura attraverso la stre di acciaio. Le lastre compatte vengono realizzate anche in calcestruzzo armato. I cavi tiranti sono in que-

sto caso incastrati in cornici di acciaio; spostando le leve con presse idrauliche i cavi ricevono una forza tirante che, smontando le presse, agiscono con un effetto di compressione sul calcestruzzo già indurito. La forza dei cavi tiranti viene trasmessa al calcestruzzo con un effetto di aderenza. Tipologia di pareti Con lastre compatte prefabbricate si possono costruire edifici abitativi o per uffici. Le figure dalla 3.1.40 alla 3.1.42 mostrano tre esempi di muri trasversali e longitudinali realizzati in pannelli per pareti e lastre per solai. Nel calcestruzzo armato sono da evitare le connessioni non flessibili in quanto molto dispendiose (si veda la tabella 3.1.3 sui criteri di progettazione per costruzioni di montaggio, p.103). La mancanza di un effetto di trasmissione continua richiede lastre più spesse e anche un'armatura più massiccia rispetto a costruzioni in calcestruzzo preparato in loco (figg. 3.1.12, 3.1.15). Ciò determina un aumento delle spese che deve essere equilibrato attraverso una produzione razionale, la scelta del tipo di trasporto e montaggio adatti, ma soprattutto grazie a un progetto idoneo. Lastre cave Si producono lastre cave in calcestruzzo armato e calcestruzzo precompresso per ridurne il peso. La larghezza delle lastre offerte dall'industria è di 62,5 cm. Questa dimensione relativamente ridotta dovrebbe consentire un adattamento alle dimensioni dell'edificio. La sagoma del bordo di una lastra cava è simile a quella di una lastra compatta (fig. 3.1.39). Lastre con nervature Per luci di campata più ampie (> 7,20 m) si impiegano lastre con nervature. Lastra a una nervatura La lastra a una nervatura (fig. 3.1.43) richiede una produzione poco laboriosa, ma il suo montaggio risulta più difficoltoso a causa del pericolo che si possa rovesciare. La nervatura è leggermente conica in modo tale da permettere di estrarre più facilmente la lastra dalla cassaforma dopo la presa del calcestruzzo. Rispetto all'inclinazione vale il rapporto di 1:20 per le casseforme in acciaio e di 1:10 per le casseforme in legno (adatto anche per altri tipi di lastre a nervature). Lastre a due nervature (fig. 3.1.44) Le lastre a "doppia T", TT, sono quelle più usate per i solai. In linea generale vale quanto detto sopra. Le ditte produttrici si sono accordate sulle dimensioni riportate nella tabella 3.1.48; quindi nei loro magazzini tengono per la maggior parte casseforme di queste dimensioni. Le dimensioni di base variano attraverso l'inserimento di elementi. Le casseforme determinano tanto l'altezza quanto il lato delle nervature. Per



mantenere la misura dell'asse di distanza tra le nervature, gli elementi sono inseriti in modo asimmetrico (fig. 3.1.45). La dimensione della lastra sporgente è variabile: il suo limite dipende dalla larghezza trasportabile (3 m con un permesso). Se la larghezza dell'elemento non è di 2,40 m si crea una distanza periodica tra le nervature.

3.1.43

Lastra a una nervatura

3.1.44

Lastra a due nervature (lastra a "doppia T")

La tabella 3.1.48 indica le altezze delle lastre a "doppia T" per pesi differenti. Con casseforme della copertura cordonata che lasciano libera una parte della superficie superiore della nervatura si possono formare dei supporti per una lastra compatta intercalata tra le due lastre a nervatura (fig. 3.1.46). Le lastre a "doppia T" vengono prodotte nelle seguenti dimensioni: larghezza fino a 3 m, altezza fino a 80 cm e lunghezza fino a 16 m. Le nervature hanno una distanza assiale di 1,20 m. Una variante della lastra a due nervature è la lastra a U (a forma di vasca rovesciata, fig. 3.1.47), utilizzata quando si è in presenza di singoli pesi maggiori o per sistemi nei quali la larghezza della lastra equivale alla griglia dei montanti. La larghezza della nervatura può essere di 10 cm quando le lastre a U vengono posate una accanto all'altra e il giunto non supera 1 cm (altrimenti le richieste di protezione antincendio F 90 richiedono 20 cm). La combinazione di lastre a U con lastre compatte risulta economicamente vantaggiosa, dato che rispetto alle soluzioni che utilizzano solo lastre a "doppia T" si risparmia quasi la metà delle nervature. Questo metodo consente inoltre di eliminare le imprecisioni di produzione e di montaggio inserendo lastre compatte. I solai con lastre a nervature possono anche essere realizzati con lastre più sottili che dopo il montaggio vengono coperte da uno strato di calcestruzzo. In questo modo si riesce ad avere una buona distribuzione trasversale dei carichi e, con un'armatura supplementare minima, anche un effetto disco. Questo sistema è adatto soprattutto per la pavimentazioni dei parcheggi coperti. Il calcestruzzo supplementare deve essere prodotto con il procedimento a vuoto (si vedap. 108). Travi di sostegno In genere le lastre per solai vengono appoggiate su travi di sostegno che deviano le spinte verso i montanti. Le misure di norma delle travi di sostegno sono riportate nella tabella 3.1.51. Le variazioni non incidono sui costi in modo sensibile poiché si tratta di casseforme semplici. I tipi di appoggio più usati sono illustrati nel grafico 3.1.49.

3.1.39

Formazione dei giunti per lastre prefabbricate

3.1.45 Cassaforma per lastre a "doppia T" in differenti dimensioni

3.1.40 Esempio di parete trasversale realizzata con elementi prefabbricati 3.1.46 Lastra a "doppia T" con una lastra a campo unico intercalata

3.1.41 Esempio di parete longitudinale realizzata con elementi prefabbricati con una parete centrale

3.1.47

Lastra a forma di vasca rovesciata

3.1.42 Esempio di parete longitudinale realizzata con elementi prefabbricati con due pareti centrali

Le travi di sostegno vengono appoggiate sulle mensole dei montanti del telaio (nel tetto direttamente sul montante) come trave di sostegno per un'unica campata (fig. 3.1.50) o come una 115



3.1.48

trave Gerber sui montanti ad altezza del piano (fig. 3.1.52). Dal punto di vista del montaggio, l'uso della trave del telaio risulta più vantaggiosa. Quando ci sono però luci di campata più ampie, la trave Gerber rappresenta una soluzione migliore perché attraverso i momenti negativi possono essere ridotti i momenti della campata. Il posizionamento delle cerniere ha il compito di diminuire il momento e la flessione. In ogni caso il giunto della cerniera non si deve trovare sotto un costolone.

Solai di piani in lastre a TT - armatura debole

Si può interrompere la trave di sostegno sotto le nervature delle lastre a "doppia T" con un rapporto delle luci di campata adeguato (luce di campata piccola per la trave di sostegno, luce di campata grande per lastre a "doppia T", (fig. 3.1.52 B). I grafici da 3.1.53 a 3.1.57 illustrano sistemi portanti per differenti distanze tra i montanti e il posizionamento della parete centrale, che permettono un'installazione vantaggiosa dei cavi e delle tubature. (segue a p. 121)

3.1.49 Possibilità di appoggio delle lastre a "doppia T" sulle travi di sostegno

3.1.50 Appoggio di travi di sostegno sui montanti del telaio

116


3.1.51


Dimensioni delle travi di sostegno prefabbricate con sezione a

117


3.1.52

Appoggio delle travi di sostegno sui montanti

3.1.53 Costruzione con lastre a "doppia T" su mensole di appoggio, giuntura delle lastre negli assi dei montanti

118




3.1.54 Costruzione con lastre a "doppia T" su mensole di appoggio, giuntura delle lastre in mezzo agli assi dei montanti

3.1.55

Costruzione con lastre a "doppia T" su travi di sostegno

3.1.56

Costruzione con lastre a "doppia T" e lastra a campo unico inserita

119



3.1.61

Limitazioni nelle aperture dei solai

3.1.57 Costruzione con lastre a "doppia T" e parete centrale

3.1.58 Solai con scanalature

120

3.1.59

Solaio con scanalature



Solai con scanalature Le canaline per tubature e cavi vengono utilizzate nei pavimenti di capannoni fieristici. Se il capannone ha un piano sotto terra, nel solaio devono essere inserite delle scanalature. A tal fine risultano idonei elementi prefabbricati a forma di vasca sui quali vengono posati lastre o solai prefabbricati (figg. 3.1.58 e 3.1.59). Solai composti Anche le travi metalliche si prestano a essere utilizzate come travi di sostegno. Fissate con denti di giunzione alla lastra del solaio in modo resistente alle spinte, queste travi agiscono come elementi di congiunzione (fig. 3.1,60A) e possono essere rese resistenti al fuoco tramite una copertura in calcestruzzo, determinata in base alle caratteristiche di sollecitazione della trave. Dei ganci saldati al profilo in acciaio uniscono la trave allo strato in calcestruzzo. Le lamiere a trapezio possono essere usate come casseforme perse, oppure, se rivestite con uno strato supplementare di calcestruzzo, per la formazione di solai a trapezio. Il calcestruzzo esercita una distribuzione del carico evitando deformazioni nella lamiera. Profilando le zone oblique della lamiera si ottiene un effetto di aderenza tra lamiera e calcestruzzo. In base alla categoria antincendio F 90, i solai realizzati con lamiere a trapezio necessitano di un isolamento supplementare. Le lamiere grecate (fig.3.1.60B), che appartengono alla categoria antincendio F 90 e non richiedono quindi interventi aggiuntivi, offrono in determinate condizioni una buona aderenza. Esse devono essere sostenute da una sopraelevazione fino alla presa del calcestruzzo. Per evitare questo ingombro di lavoro le travi dei solai vengono spesso posizionate più vicine l'una all'altra rispetto alle richieste statiche. La lastra del solaio può essere realizzata anche con lastre filigranate ricoperte di calcestruzzo (fig. 3.1.60C) o con lastre prefabbricate in calcestruzzo armato, nelle quali l'effetto di aderenza è dato da un dente di giunzione sigillato (fig. 3.1.60D) o attraverso una giunzione a vite (fig. 3.1.60E). Nell'architettura civile si utilizzano spesso per trasmettere le forze di spinta, delle caviglie alla testa del bullone. Secondo la DIN 18.806 ci sono due parametri per la forza portante: • caviglie con spirale; • caviglie senza spirale. La spirale dovrebbe servire a deviare la forza di trazione delie spaccature. Le forze sono minori per le caviglie senza spirale. Risulta più economico l'impiego prevalente di caviglie senza spirale.

Breccie e aperture nel solaio

Le aperture nelle lastre dei solai per scale interne o per trombe degli impianti vengono posizionate parallelamente alla direzione portante principale in modo da creare un disturbo minimo. Nelle lastre appoggiate su punti il posizionamento delle aperture nell'area dei montanti è sottoposto ad alcune restrizioni (DIN 1045, 22.6; fig. 3.1.61). La distanza tra la breccia nel solaio e dell'asse del montante dipende dalla sollecitazione di taglio calcolata. Sia le indicazioni della DIN sia quelle dell'EC si fondano su considerazioni errate. Le breccie devono essere posizionate dove si trovano i punti di sollecitazione, ossia negli angoli, in modo tale che l'effetto portante principale venga deviato dove il piano portante non è disturbato, vale a dire nell'area dei montanti. (Ciò è valido tanto per la teoria della plasticità che per la teoria dell'elasticità.) In questo caso è necessario esibire la documentazione di due strisce di lastre incrociate. Sono da evitare troppe aperture nei solai. Nelle grandi cucine, ad esempio, è opportuno posizionare le lastre in calcestruzzo armato più in profondità inserendo gli impianti in uno strato di calcestruzzo con pomice soprastante. Un metodo razionale anche perché consente di non intaccare la lastra in calcestruzzo armato durante i cambiamenti nella disposizione interna del locale.

Pareti Come per i montanti, i carichi variabili possono essere diminuiti in rapporto al numero dei piani (si veda p. 122). Calcestruzzo preparato in loco Lo spessore minimo delle pareti poste sotto un solaio a impalcatura continua è di 10 cm, in caso contrario di 12 cm (tabb. 3.1.62 e 3.1.63). Elemento prefabbricato Lo spessore minimo delle pareti poste sotto un solaio a impalcatura continua è di 8 cm, in caso contrario di 10 cm (tabb. 3.1.64 e 3.1.65). I pannelli prefabbricati per pareti vengono prodotti a terra in un piano di casseforme con "finitrici stradali", su tavoli ribaltabili o in casseforme di serie. La produzione con finitrici stradali necessita di molto spazio, in quanto le tavole devono stare a terra finché il calcestruzzo non raggiunge la solidità che ne permette il trasporto. I tavoli ribaltabili richiedono costi maggiori, ma permettono di estrarre le tavole dalle casseforme con notevole anticipo. Nelle casseforme in serie, le tavole vengono prodotte verticalmente e accostate, separate da casseforme di acciaio e, dopo la gettata, vengono riscaldate per aumentare la velocità di presa. Il calcestruzzo non

A B C D E

lastra compatta lamiera grecata lastra a due strati lastra prefabbricata con caviglie sigillate lastra prefabbricata con giunzione a vite

02 lamiera di acciaio/ calcestruzzo preparato in loco 03 elemento prefabbricato in calcestruzzo armato 12 acciaio 61 bullone in acciaio 3.1.60

101 elemento per il solaio prefabbricato 110 calcestruzzo supplementare 121 armatura

Solai composti

121



3.1.62 Valori di orientamento per il carico permesso [kN/m] di pareti caricate assialmente e incastrate nella lastra del solaio secondo la DIN 1045 (la linea di flessione si trova a metà altezza del piano)

deve essere lisciato in quanto la sua superficie è perfetta su entrambi i lati. Le casseforme in serie non consentono la produzione di lastre a sandwich (si veda p. 129 e segg). Per le pareti in muratura si veda l'Atlante della muratura in questa stessa collana.

Montanti

3.1.63 Valori di orientamento per il carico permesso [kN/m] di pareti caricate assialmente e incastrate nella lastra del solaio secondo I'EC2 (la linea di flessione si trova a metà altezza del piano)

I montanti svolgono la funzione di trasmettere i carichi prevalentemente verticali dalle solette alle fondamenta. Le spinte orizzontali dovrebbero essere raccolte possibilmente dai dischi delle pareti e/o dai nuclei delle scale. Sollecitazione Per le dimensioni dei montanti il carico variabile del solaio può essere ridotto con il fattore aN: aN = (2 + (n - 2) x 0,7)/n, dove n = numero dei piani. Per parcheggi coperti e autorimesse vale invece aN = 1.

3.1.64 Valori di orientamento per il carico permesso [kN/m]

3.1.65 Valori di orientamento per il carico permesso [kN/m]

Montanti in calcestruzzo preparato in loco La figura 3.1.66 riporta le misure minime del taglio trasversale di un puntone a barra in calcestruzzo preparato in loco (DIN 1045, paragrafo 25.2.1). Se si supera il valore limite (5 x b) il montante ha valore di parete. Montanti prefabbricati I montanti prefabbricati vengono preparati per lo più appoggiati per terra. Fanno eccezione i montanti con testa a fungo che vengono prodotti verticalmente. Nei montanti realizzati a terra si ha una condizione vantaggiosa quando i due lati opposti sono diritti. In questo modo un lato si trova sul fondo della cassaforma e il lato superiore viene lisciato. Sui montanti destinati a stare isolati nello spazio e per i quali quindi è molto importante la qualità della superficie, è possibile, dopo averli lisciati, comprimerli con una tavola di copertura. La figura 3.1.67 elenca le misure minime dei tagli trasversali per puntoni prefabbricati in calcestruzzo armato (DIN 1045, paragrafo 25.2.1). Se si supera il valore limite (5 x b), il montante ha valore di parete. I montanti con un taglio trasversale rotondo, ma anche tagli trasversali con una simmetria biassiale possono essere prodotti con il calcestruzzo centrifugato. In una cassaforma aperta, posta a terra, viene inserita l'armatura e colato il calcestruzzo. Quindi viene chiusa la cassaforma. Essa poggia su ruote che, azionate da motori elettrici, inducono nella cassaforma dei movimenti rotatori. La forza centrifuga comprime il calcestruzzo con una rotazione di n = 300 -f- 400/min. In questo modo si raggiunge un'accelerazione radiale di 25 -r 27 g. Il procedimento garantisce una superficie estema senza bolle. Il valore di compressione è pari a 0,89.

122



Quando le casseforme sono riempite il calcestruzzo si comprime in modo tale da formare al centro una cavità con un taglio trasversale tondo il cui diametro è circa un terzo del diametro esterno e può essere sfruttato in modo funzionale (ad esempio per cavi o tubi di scarico discendente). La centrifuga garantisce la produzione di un calcestruzzo di qualità (classe B 85 0più alta). Anche per i piloni in calcestruzzo centrifugato vale il limite superiore B 55 con un contenuto di armatura del 9%, dato che nella DIN 1045 questo tipo di compressione non è stato trattato. La DIN 4228 per piloni in calce struzzo prodotto in fabbrica utilizza anche il cal cestruzzo della categoria di solidità B 65, men tre in Svizzera si impiegano montanti con un contenuto di armatura del 30%. 1montanti per costruzioni con caratteristiche particolari, che devono possedere anche pre supposti di flessibilità, vengono prodotti in cal cestruzzo precompresso per evitare la forma zione di crepe (Kunstmuseum Bonn, p. 196 e segg.). I tiranti in acciaio vengono fissati nel cal cestruzzo tramite cunei nelle lastre poste alle due estremità del montante o, se la sua solle citazione lo permette, attraverso l'aderenza. In fase di compressione la pressa si puntella con tro le casseforme. Per evitare la formazione di crepe durante il trasporto si consiglia di pro durre i montanti in calcestruzzo centrifugato precompresso. Per il montaggio è meglio utilizzare montanti che superano più piani (fig. 3.1.70). I montanti in elementi prefabbricati vengono utilizzati anche in combinazione con lastre in calcestruzzo preparato in loco, soprattutto per solai piani. Il calcestruzzo non viene colato nell'area di appoggio del solaio in modo da consentire in questo punto all'armatura del solaio di continuare. Le tabelle dalla 3.1.71 alla 3.1.74 mostrano il carico ammesso per montanti interni non spostabili con un carico assiale. Montanti composti

I montanti possono essere prodotti anche con un procedimento che associa acciaio e calcestruzzo armato. I profili in acciaio ricevono attraverso il calcestruzzo la protezione antincendio necessaria. I profili cavi o i tubi vengono riempiti con il calcestruzzo inserendo anche una gabbia di armatura. I profili aperti (profili ad H) vengono riempiti di calcestruzzo. Per l'armatura del calcestruzzo colato valgono le stesse considerazioni fatte per le travi di sostegno composte (si veda p. 121).

Centri di distribuzione/scale I centri di distribuzione sono composti da scale, pozzi per l'ascensore ed eventualmente pozzi per il passaggio di cavi degli impianti tecnici dell'edificio. Il loro compito essenziale dal punto di

vista statico è di controventare la costruzione, ossia di accogliere le spinte orizzontali che la sollecitano (ad esempio il vento) e i componenti orizzontali degli elementi costruttivi con un appoggio relativo o elementi costruttivi non a piombo, come indicato nel progetto. I pozzi per i canali di aerazione e per i cavi de vono essere distribuiti in modo tale che, anche se integrati nel centro distributivo, siano aperti su un lato per consentire l'uscita di canali e cavi senza rompere il muro.

3.1.66 Dimensioni minime in cm per montanti in calcestruzzo preparato in loco

II sistema portante dei centri distributivi, che deve essere conforme alla resistenza antin cendio F 90, viene in genere realizzato in ce mento armato anche in costruzioni con uno scheletro in acciaio. Calcestruzzo preparato in loco Costruzioni a piani I centri distributivi di edifici in calcestruzzo preparato in loco, con meno di 8-10 piani, vengono messi in posa contemporaneamente a ogni singolo piano. Le pareti sono prodotte con tavole. Anche la rampa delle scale e i pianerottoli sono in calcestruzzo preparato in loco. Le rampe delle scale, solo raramente unite alle pareti per evitare di dover rompere le casseforme del muro, collegano i vari pianerottoli. Un metodo economico è quello di prefabbricarle e inserirle poi tra i pianerottoli (pp. 180-181).

3.1.67 Dimensioni minime in cm per montanti prefabbricati

Per edifici più alti, soprattutto per costruzioni con elementi prefabbricati o con un'ossatura metallica, è opportuno erigere prima i centri distributivi che garantiscono la contraventatura durante i lavori in cantiere. I procedimenti utilizzati possono avere casseforme a rampe o casseforme scorrevoli.

3.1.68 Tagli trasversali di montanti composti

3.1.69 Valore di orientamento per montanti caricati assialmente di case a più piani con

Casseforme a rampe Le casseforme a rampe hanno generalmente l'altezza di un piano. Dopo l'indurimento del calcestruzzo, le casseforme possono essere spostate al piano successivo. Questo tipo di casseforme viene utilizzato anche per la costruzione di torri o quando la superficie del calcestruzzo debba essere strutturata o perfettamente liscia. I pianerottoli e le rampe delle scale sono in ge nere elementi prefabbricati. Per la giuntura con i solai si lasciano fuoriuscire i ferri dell'armatura. Casseforme scorrevoli II procedimento più economico per la costru zione di centri distributivi è dato dalle casseforme scorrevoli, impiegate per la costruzione di ca mini, silos e torri per la televisione (fig. 3.1.75). Nelle fondamenta si fissano delle barre filettate sulle quali vengono rialzate le casseforme in sieme al ponte dell'armatura di servizio. (segue a p. 128)

3.1.70 Montante in calcestruzzo centrifugato, su più piani

123



3.1.71

Valore di orientamento per il carico ammesso in kN di montanti caricati assialmente e non spostabili con una sezione circolare secondo la DIN 1045

Le tabelle dei valori di orientamento dei montanti non spostabili si basano sul procedimento di calcolo della DIN 1045, paragrafo 25. I valori determinati sono carichi permanenti e valgono per le qualità di calcestruzzo: B 35 - con 6% di armatura (valore massimo) B 55 con 9% di armatura (valore minimo). La sollecitazione indicata è solo orientativa. Per le dimensioni definitive devono essere eseguiti i calcoli statici richiesti.

124

Montanti quadrati Per l'uso delle tabelle per montanti quadrati vanno tenuti presenti i seguenti fattori:

a) X < 20 La lunghezza dei bordi del montante quadrato in questione (a x a) viene moltiplicata per il fattore 1,13 ed equivale quindi alla superficie di un montante circolare. Il valore orientativo viene riportato nella tabella. b) 20 < X < 70 La lunghezza dei bordi del montante quadrato in questione (a x a) viene moltiplicata per il fattore 1,13 ed equivale quindi alla superficie di un montante circolare. Il valore orientativo della tabella può essere aumentato del 10%.

Esempio: dato:

montante: a x a = 40 x 40 cm altezza del piano: h = 7,00 m calcestruzzo: B 35 trasformazione al montante circolare d = 1,13 x 40 = 45 cm risultato: amm N = 2706 x 1,1 = 2976 kN



3.1.72 Valore di orientamento per il carico ammesso in kN di montanti caricati assialmente e non spostabili con una sezione ad anello secondo la DIN 1045 (d, = 1/3 d)

125


3.1.73

Valore di orientamento per il carico limite in kN di montanti caricati assialmente e non spostabili con una sezione circolare secondo l'EC 2

Le tabelle dei valori di orientamento dei montanti non spostabili si basano sul procedimento di calcolo tratto dall'EC 2. I valori con le influenze devono essere paragonati a quelli determinati con i valori parziali di sicurezza. I valori calcolati sono carichi limite e valgono per le qualità di calcestruzzo: C 30/37 - con 6% di armatura (valore massimo) C 45/55 con 8% di armatura (valore minimo). La sollecitazione indicata è orientativa. Per le dimensioni finali devono essere eseguiti i calcoli statici richiesti.

126


Montanti quadrati Per l'uso delle tabelle per montanti quadrati devono essere tenuti presente i seguenti fattori: a)X

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