I materiali del Ponte. Segreti e debolezze del calcestruzzo

Migliaia di lavoratori sono stati impegnati nella progettazione, nelle cave di sabbia e argilla, nei cementifici, nelle acciaierie, nei cantieri, per produrre calcestruzzo armato, con fatica, dolore, talvolta morte, che sono il costo delle strade e dei ponti indispensabili per il movimento delle merci e delle persone. Ma il calcestruzzo armato, soprattutto nelle strutture all’aperto come ponti e strade, è esposto a dilatazioni col caldo e contrazioni col freddo, alle pressioni dovute al traffico, alle infiltrazioni dell’acqua e del sale sparso come antigelo d’inverno, alla formazione del ghiaccio, eccetera, che comportano corrosione e ossidazione dell’acciaio, distacco dell’acciaio dal calcestruzzo e frantumazione del calcestruzzo. Se non c’è manutenzione succede come a Genova.

Il drammatico crollo del ponte Morandi di Genova ha portato nelle case degli italiani alcuni nomi di uso poco comune: cemento, calcestruzzo armato precompresso, stralli.

Il ponte sul torrente Polcevera era costituito da una carreggiata lunga circa 1.200 metri sostenuta da una torre (pila 9) dal cui vertice si diramavano dei tiranti, chiamati stralli.

Torri e carreggiate erano costruiti con cemento armato; i tiranti erano d’acciaio ricoperto di cemento armato precompresso.

Il cemento viene prodotto miscelando calcare (carbonato di calcio) e argilla (silicati di alluminio), eventualmente con aggiunta di altri materiali.

La miscela viene finemente macinata, resa omogenea ed essiccata e viene “cotta” in un forno, un grande e lungo cilindro, leggermente inclinato, in lenta rotazione. La massa viene caricata dall’alto, scende lentamente verso la parte bassa e viene progressivamente scaldata fino a 1450 gradi con carbone o prodotti petroliferi. Il calcare si scompone liberando anidride carbonica, un gas che va a finire nell’atmosfera e che contribuisce ad alterare il clima; l’ossido di calcio restante si combina con gli ingredienti dell’argilla e delle altre sostanze formando dei silicati e alluminati di calcio (clinker) da cui, dopo altre miscelazioni e macinazioni, si ottiene il cemento vero e proprio.

La “ricetta” del calcestruzzo

Il cemento come tale serve a poco, nelle costruzioni viene utilizzato sotto forma di calcestruzzo che si prepara miscelando il 10-15 % di cemento, il 15-20 % di acqua con circa il 60-75 % di sabbia e ghiaia (circa 10 miliardi di tonnellate di sabbia sono richieste ogni anno nel mondo dal settore delle costruzioni).

Dopo la miscelazione degli ingredienti la massa di calcestruzzo deve essere tenuta in continua agitazione, anche durante il trasporto con speciali camion, le betoniere. Il calcestruzzo nel cantiere viene “gettato” in uno stampo di legno (cassaforma) della forma di colonne, piastre, eccetera, in cui si svolge la “presa”, la trasformazione della miscela in un materiale duro e resistente.

Qualche volta interessa avere dei calcestruzzi che induriscono rapidamente, addirittura in poche ore, per esempio quelli che devono essere impiegati per opere sottomarine; normalmente la presa richiede qualche giorno.

Nella seconda metà dell’Ottocento vari ingegneri scoprirono che gli edifici potevano essere più sicuri se costruiti “gettando” il calcestruzzo intorno a una rete di acciaio posta all’interno della cassaforma; si ottiene così il calcestruzzo armato.

L’acciaio per calcestruzzo si ottiene per lo più in speciali acciaierie che partono dai rottami di ferro e li fondono nei forni elettrici: la corrente elettrica scorre fra gli elettrodi di grafite posti al disopra del rottame preriscaldato; l’arco elettrico che si forma fra gli elettrodi porta la massa del rottame a oltre 2000 gradi e fa fondere l’acciaio che, separato dalla scoria, fuoriesce dal forno e viene poi trasformato, per trattamenti successivi di laminazione a caldo, in fili e “tondini” del diametro voluto. Col passare del tempo le strutture di calcestruzzo armato si modificano, ne diminuisce la resistenza e richiedono interventi di manutenzione.

C’è acciaio e acciaio

Le norme prevedono decine di diversi acciai da calcestruzzo armato, ciascuno adatto allo speciale uso a cui è destinato nella costruzione; in genere si tratta di acciaio dolce, con circa lo 0,2 % di carbonio, al quale vengono addizionati altri elementi come manganese, silicio, eccetera in modo da formare leghe in grado di resistere alle sollecitazioni che l’acciaio subirà quando è incorporato nel calcestruzzo.

Il calcestruzzo armato, soprattutto nelle strutture all’aperto come ponti e strade, è esposto a dilatazioni col caldo e contrazioni col freddo, alle pressioni dovute al traffico, alle infiltrazioni dell’acqua e del sale sparso come antigelo d’inverno, alla formazione del ghiaccio, eccetera, che comportano corrosione e ossidazione dell’acciaio, distacco dall’acciaio del calcestruzzo e frantumazione del calcestruzzo.

Per migliorare l’adesione dell’acciaio al calcestruzzo i tondini vengono fabbricati in modo da presentare sulla superficie delle nervature o zigrinature.

Per aumentare la resistenza del calcestruzzo armato il manufatto, prima o durante la messa in opera, viene sottoposto a trattamenti di compressione; si ottiene così il calcestruzzo armato precompresso.

Col passare del tempo comunque le strutture di calcestruzzo armato si modificano e ne diminuisce la resistenza e richiedono interventi di manutenzione.

Per questo motivo nella costruzione dei ponti sempre più spesso al posto del calcestruzzo armato si usa acciaio il cui costo di costruzione è maggiore ma che richiede minori costi di manutenzione.

Nei ponti e viadotti e nelle autostrade, le lunghe carreggiate sono divise in tratti fra ciascuno dei quali vengono posti degli speciali giunti elastici per compensare le dilatazioni che si hanno per esposizione al calore estivo.

Quando vedete i negozi pieni o andate in vacanza, pensate per un momento alle migliaia di lavoratori che sono stati impegnati nella progettazione, nelle cave di sabbia e argilla, nei cementifici, nelle acciaierie, nei cantieri, alla fatica, al dolore, talvolta alla morte che sono costate le strade e i ponti indispensabili per il movimento delle merci e delle persone.

Scrive per noi

GIORGIO NEBBIA
Giorgio Nebbia è una delle principali figure del movimento ambientalista. Bolognese di nascita, è stato professore ordinario di Merceologia all’Università di Bari dal 1959 al 1995. Ora professore emerito, è stato insignito dottore honoris causa in Scienze economiche e sociali (Università del Molise) e in Economia e Commercio (Università di Bari; Università di Foggia). Le sue principali ricerche vertono sul ciclo delle merci, sull’energia solare, sulla dissalazione delle acque e sul problema dell’acqua. Per due legislature è stato parlamentare della Sinistra indipendente alla Camera (1983-1987) e al Senato (1987-1992). L'archivio Giorgio e Gabriella Nebbia è ospitato presso il centro di storia dell'ambiente della Fondazione Luigi Micheletti. La sua email è nebbia@quipo.it

GIORGIO NEBBIA

Giorgio Nebbia è una delle principali figure del movimento ambientalista. Bolognese di nascita, è stato professore ordinario di Merceologia all’Università di Bari dal 1959 al 1995. Ora professore emerito, è stato insignito dottore honoris causa in Scienze economiche e sociali (Università del Molise) e in Economia e Commercio (Università di Bari; Università di Foggia). Le sue principali ricerche vertono sul ciclo delle merci, sull’energia solare, sulla dissalazione delle acque e sul problema dell’acqua. Per due legislature è stato parlamentare della Sinistra indipendente alla Camera (1983-1987) e al Senato (1987-1992). L'archivio Giorgio e Gabriella Nebbia è ospitato presso il centro di storia dell'ambiente della Fondazione Luigi Micheletti. La sua email è nebbia@quipo.it

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