Il calcestruzzo precompresso è un tipo di calcestruzzo che è stato strategicamente precaricato con forze di compressione per migliorarne la resistenza strutturale e le prestazioni. Il cemento precompresso è uno dei materiali da costruzione più innovativi degli ultimi anni e ha rivoluzionato la moderna tecnologia edilizia e progettuale.
Le tecniche coinvolte nella creazione del calcestruzzo precompresso prevedono l'uso di tiranti in acciaio ad alta resistenza che vengono tensionati all'interno del calcestruzzo. Questo metodo aumenta la capacità portante del calcestruzzo e ne migliora la resistenza alla fessurazione e alla deflessione, rendendolo una soluzione versatile e popolare nell'edilizia e nel design moderno.
Cos'è il calcestruzzo precompresso?
La creazione del calcestruzzo precompresso implica comprimerlo o “precomprimerlo” durante la produzione in modo che possa contrastare meglio le forze esterne quando viene messo in opera. La compressione del calcestruzzo avviene tramite tiranti in acciaio che i produttori posizionano all'interno o adiacenti al calcestruzzo per migliorarne le prestazioni. I produttori utilizzano due tipi principali di tiranti in acciaio: tiranti pretensionati e tiranti posttensionati.
Con i cavi pretensionati, i trefoli o i fili di acciaio utilizzati come cavi vengono sollecitati prima del getto del calcestruzzo. I produttori allungano i cavi tra gli ancoraggi e poi li applicano in tensione. Una volta applicata la forza ai tendini, viene versato il cemento attorno ad essi. Quando il calcestruzzo si asciuga, aderisce ai tendini. Il calcestruzzo precompresso è comune per gli elementi prefabbricati in calcestruzzo come travi, pareti e lastre.
I cavi post-tesi vengono sollecitati dopo che il calcestruzzo si è indurito. Una volta che il calcestruzzo si è asciugato, i tiranti vengono inseriti in un condotto all'interno del calcestruzzo e tensionati con martinetti idraulici. I tendini sono ancorati per mantenere la tensione. I cavi post-tesi sono più comuni per le strutture in calcestruzzo gettato in opera e offrono una maggiore flessibilità di progettazione.
Innovazioni nel calcestruzzo precompresso
Le prime tecniche per rinforzare il calcestruzzo con l'acciaio si sono verificate tra la fine del XIX e l'inizio del XX secolo. Alcuni dei primi progetti precompressi sono nati grazie al lavoro dell'ingegnere civile francese Eugene Freysinnet che ha fatto molto per promuovere l'idea del calcestruzzo precompresso. L'ingegnere belga Gustave Magnel e l'ingegnere tedesco Eugen Morsch introdussero e svilupparono successivamente in modo indipendente il concetto di cemento precompresso negli anni '30.
Il Prestressed Concrete Institute è stato fondato negli Stati Uniti nel 1954. Questa organizzazione ha svolto un ruolo importante nel progresso delle conoscenze e delle tecniche nel settore del calcestruzzo precompresso. Oggi esistono organizzazioni simili in tutto il mondo in Canada, Regno Unito, Australia, Sud Africa ed Europa.
Nel corso degli anni, importanti progressi nei materiali e nella produzione hanno creato nuove innovazioni nella tecnologia del calcestruzzo precompresso. Lo sviluppo di tiranti in acciaio ad alta resistenza e sistemi di ancoraggio migliorati hanno aumentato la resistenza del calcestruzzo precompresso. La progettazione assistita da computer e la tecnologia avanzata hanno anche migliorato la precisione e l'ottimizzazione delle strutture precompresse.
Usi del calcestruzzo precompresso
Esistono numerose e ampie applicazioni per il calcestruzzo precompresso a causa dei suoi vantaggi.
Ponti
Il cemento precompresso è popolare nella costruzione di ponti per la sua capacità di coprire lunghe distanze e la sua immensa forza. I ponti precompressi possono coprire lunghe distanze mantenendo l'integrità strutturale e riducendo al minimo il numero di pilastri di supporto necessari.
Edifici
Gli architetti utilizzano ampiamente il cemento precompresso nella progettazione di grattacieli, in particolare in elementi come solai, colonne e travi. Il maggiore carico di carico del calcestruzzo precompresso fa sì che esso consenta campate più lunghe e riduca la necessità di supporto intermedio, il che rappresenta anche un significativo risparmio sui costi. È popolare sia per gli edifici residenziali che per quelli commerciali.
Impianti nucleari ed esplosivi
Gli ingegneri sono arrivati a fare affidamento sulla resistenza del cemento precompresso nelle strutture di contenimento ad alta pressione come gli impianti nucleari e le strutture dei serbatoi di scoppio petrolchimici. Per questi usi, i produttori creano componenti precompressi specializzati per aumentarne la resistenza alle fessurazioni e alle perdite.
Strutture di parcheggio e pavimentazione
I parcheggi e i marciapiedi sono soggetti a sollecitazioni di carico costanti, pertanto gli ingegneri utilizzano regolarmente il calcestruzzo precompresso per ridurre al minimo le fessurazioni e garantire prestazioni a lungo termine. Questa resistenza alle crepe consente ai costruttori di versare lastre più grandi di quanto potrebbero fare con il normale cemento armato. Ciò consente una spaziatura dei giunti più ampia per ridurre i costi di giunzione e la manutenzione dei giunti.
Strutture legate all'acqua
L'acqua esercita un'enorme pressione e attrito, quindi le applicazioni idriche sono ideali per il calcestruzzo precompresso. Il calcestruzzo precompresso è comune per l'uso in dighe e strutture off-shore come piattaforme petrolifere, parchi eolici e infrastrutture off-shore. In queste applicazioni è fondamentale che la protezione dalla corrosione venga applicata a tutti i cavi in acciaio esposti per garantire una durata a lungo termine.
Stadi e impianti sportivi
La lunga campata e l'elevata resistenza del calcestruzzo precompresso lo rendono ideale per arene, stadi e altri impianti sportivi. Poiché il cemento precompresso non richiede tanto supporto, gli architetti possono concedere più spazio aperto per una visione senza ostacoli e layout aperti per una disposizione flessibile dei posti a sedere.
Qualità del calcestruzzo precompresso
Il calcestruzzo precompresso ha molte qualità preziose che lo rendono un materiale da costruzione ideale per progetti particolari, ma ci sono anche degli inconvenienti che i costruttori devono considerare anche quando decidono il materiale da costruzione ottimale da utilizzare.
Forza
Il cemento precompresso offre una maggiore resistenza rispetto ad altri tipi di cemento armato. La precompressione introduce forze compresse che contrastano le forze esterne consentendo costruzioni con luci più lunghe e capacità di carico più elevate.
Durata migliorata
La precompressione di questo tipo di calcestruzzo aiuta a ridurre al minimo le fessurazioni, le deformazioni e le deformazioni dovute a carichi pesanti. Ciò significa maggiore durabilità e resistenza a fattori esterni che ne deteriorerebbero l’integrità strutturale, inclusi ritiro, scorrimento viscoso e fatica. Il calcestruzzo precompresso, adeguatamente mantenuto, ha una durata di vita più lunga rispetto ad altri tipi di calcestruzzo.
Efficienza strutturale
La resistenza del calcestruzzo precompresso significa che i costruttori possono utilizzare meno di questo materiale per svolgere gli stessi compiti di altro calcestruzzo. La resistenza del cemento precompresso consente anche un minore supporto strutturale. Questa qualità consente ai costruttori di risparmiare tempo e denaro e consente agli architetti una maggiore flessibilità nei loro progetti.
Versatilità progettuale
Architetti e costruttori utilizzano il cemento precompresso in un'ampia gamma di applicazioni. È sufficientemente versatile da consentire ai progettisti di utilizzarlo nella costruzione di ponti, edifici, strutture di parcheggio, applicazioni legate all'acqua e strutture industriali. Si adatta a molti stili di design e consente design creativi e innovativi.
Sostenibilità
La produzione di calcestruzzo è indirettamente correlata all’accumulo di gas serra poiché la produzione di clinker nel cemento è ad alta intensità energetica, ma tra tutti i tipi di calcestruzzo, il calcestruzzo precompresso è uno dei più sostenibili. I costruttori possono utilizzare meno di questo materiale e la sua durabilità significa che non devono ricostruire queste strutture così spesso come con il cemento normale.
Resistenza al fuoco
In generale, il calcestruzzo è un materiale resistente al fuoco, ma i tiranti in acciaio del calcestruzzo precompresso possono essere soggetti al fuoco se il calcestruzzo non li protegge. Il fuoco o anche temperature elevate possono indebolire la pretensione dei tendini compromettendone la resistenza. I rivestimenti o gli involucri resistenti al fuoco possono contribuire a migliorare le prestazioni di resistenza al fuoco.
Progettazione e costruzione complesse
I progetti che utilizzano calcestruzzo precompresso sono più complessi di altri progetti in calcestruzzo. Questo tipo di calcestruzzo richiede conoscenze specializzate per la progettazione e la costruzione per garantire il corretto posizionamento, tensionamento e ancoraggio dei cavi.
Protezione dei tendini
La chiave per la durabilità e la resistenza del calcestruzzo precompresso sono i tiranti in acciaio. Le aziende produttrici di calcestruzzo stanno apportando miglioramenti costanti alle modalità di protezione dei cavi in acciaio, tra cui la stuccatura dei cavi, il rivestimento dei cavi, l'incapsulamento a doppio strato e la protezione degli ancoraggi.
Modifica del design limitata
I progetti in calcestruzzo precompresso sono complessi. Una volta che i tendini sono stati tesi e ancorati, ci sono poche possibilità di modifiche. Eventuali modifiche devono essere analizzate strutturalmente ed eseguite da ingegneri qualificati e costruttori altamente qualificati.
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