Edifici alti in calcestruzzo: nuove prospettive per le città - La progettazione

PARTE 2: La progettazione

3. LA PROGETTAZIONE DEGLI EDIFICI ALTI CON OSSATURA IN CALCESTRUZZO ARMATO, ASPETTI GENERALI

Gli aspetti di maggiore importanza nella progettazione di edifici alti, con specifico riguardo ai materiali impiegati, sono connessi al raggiungimento di tre obbiettivi e precisamente: un equilibrato rapporto costi/benefici, una corretta allocazione delle risorse, il perseguimento di specifici risultati in termini di prestazioni. Questi obiettivi non sono fra loro disgiunti, bensì presentano alto grado di correlazione, e la progettazione ben orientata, associata alla scelta di idonei materiali, è in grado di soddisfare a tutte le prerogative da essi richieste. Precisamente, una corretta allocazione delle risorse pone al primo posto la necessità di ridurre drasticamente i tempi di costruzione, onde mettere rapidamente a profitto gli ingenti investimenti necessari alla costruzione di realtà complesse ed articolate quali sono gli edifici alti; un equilibrato rapporto costi/benefici richiede da un lato di contenere i costi dei materiali strutturali, garantendo dall’altro elevate prestazioni durante tutto l’arco di vita della costruzione; infine, il perseguimento di specifici obbiettivi richiede di operare con materiali capaci di fornire prestazioni che si estendono su uno spettro significativamente allargato rispetto a quelle di tipo strettamente strutturale. I livelli prestazionali che caratterizzano gli attuali calcestruzzi permettono di perseguire questi prerequisiti, che nelle moderne costruzioni hanno assunto aspetto sempre più stringente.

Fig. 33 – Altezze di Pompaggio per calcestruzzi ad alte prestazioni

È pertanto possibile, e vantaggiosamente percorribile, l’alternativa di realizzare le strutture degli edifici alti integralmente in calcestruzzo armato, o ricorrendo a sistemi strutturali di tipo misto, formati da parti in acciaio ed altre in calcestruzzo fra loro collaboranti.
Questo tipo particolare di organismi, definiti ibridi, sono oggi largamente impiegati, sia per incrementare la capacità portante di elementi a struttura in calcestruzzo armato, come avviene ad esempio nel caso delle colonne a sezione composta acciaio-calcestruzzo, oppure nel caso in cui particolari esigenze architettoniche richiedano la presenza dell’acciaio per la costruzione di parti strutturali in vista, per le quali la forma, la complessità geometrica e gli spessori pongono l’acciaio quale materiale privilegiato per la loro costruzione. Mettendo a confronto le richieste poste dai tre obiettivi ora ricordati con le intrinseche potenzialità dei moderni calcestruzzi, le motivazioni che hanno portato al sempre più frequente utilizzo del calcestruzzo per la costruzione delle strutture di edifici alti, possono essere facilmente comprese. Innanzitutto, essendo ben noto essere il costo unitario del calcestruzzo ben inferiore a quello dell’acciaio strutturale, questo fatto pone il calcestruzzo in posizione virtuosa per limitare i costi di costruzione, cosicché il suo impiego può essere consigliato purchè esso sia in grado di assicurare rapidità del processo costruttivo ed elevate prestazioni di varia natura.
A questi requisiti risponde attualmente il cosiddetto calcestruzzo prestazionale, la cui definizione può così sinteticamente compendiarsi: “calcestruzzo prodotto con appropriati materiali combinati secondo un determinato progetto e opportunamente mescolato, trasportato, messo in opera, compattato e maturato in modo tale da ottenere un’eccellente prestazione nella struttura in cui deve essere inserito, nell’ambiente in cui deve rimanere esposto ed in grado di sopportare i carichi cui deve essere soggetto per tutta la durata della sua vita utile”. Sulla base di queste definizioni, le prerogative intrinseche di base di un moderno calcestruzzo riguardano essenzialmente la resistenza, la durabilità, la messa in opera. A fianco di queste prerogative, ulteriore meditata attenzione deve essere posta in quello che può, con larga accezione, definirsi il maneggio del materiale, ovvero le operazioni di trasporto, messa in opera, compattazione e cura, che costituiscono premessa necessaria a far sì che il materiale possa compiutamente esplicare a breve e lungo termine le prestazioni per le quali è stato progettato.
Le prerogative intrinseche del materiale riguardano la resistenza, la durabilità, la lavorabilità nella fase di messa in opera. Riguardo la resistenza la ricerca tecnologica ha messo a punto i calcestruzzi ad alta resistenza, così definiti allorchè la resistenza cilindrica caratteristica a compressione del materiale supera 55MPa. Attualmente sono stati prodotti in laboratorio, e i tests relativi hanno fornito risultati pienamente soddisfacenti, calcestruzzi con resistenza cilindrica superiore a 100MPa, /5/, e gli attuali documenti normativi fissano a 90 MPa il limite superiore della resistenza cilindrica caratteristica a compressione del calcestruzzo attualmente utilizzabile.

L’alta resistenza del calcestruzzo si ottiene attraverso l’utilizzo di cementi di elevata resistenza e qualità, l’utilizzo di polimeri superfluidificanti che permettono la riduzione del rapporto acqua-cemento, la attenta selezione degli aggregati e della curva granulometrica, l’utilizzo di materiali fini con caratteristiche pozzolaniche quali microsilicati, loppa d’altoforno, ceneri volanti, metacaolino o di tipo inerte quali calcari.
Questi materiali consentono di ridurre la porosità totale, migliorare la qualità dei prodotti di idratazione, modificare la zona di transizione pasta-aggregato. Questi miglioramenti della struttura interna del materiale danno luogo anche ad un incremento della sua durabilità, /6/, ovvero della capacità di garantire per prescritti periodi temporali le prestazioni di progetto. Infine la facilità di messa in opera, assicurata da una elevata lavorabilità è stata conseguita con la messa a punto di calcestruzzi non necessitanti di operazioni di vibratura e capaci di fluire spontaneamente anche attraverso congestionate configurazioni di armature mantenendo inalterata la propria struttura, senza dare luogo a fenomeni segregativi, denominati calcestruzzi autocompattanti, /7/, /8/. Alle caratteristiche di base qui brevemente ricordate possono aggiungersene ulteriori quali ad esempio il rapido indurimento e il rapido sviluppo della resistenza, il contenimento del calore di idratazione del cemento, la riduzione della deformazione di ritiro, la capacità di controllare l’ampiezza dei fenomeni fessurativi e di incrementare la duttilità, la capacità di ridurre fino ad annullarli gli stati di autotensione generati dal ritiro impedito.
A ciascuna di queste necessità si può soddisfare rispettivamente ricorrendo ad additivi acceleranti, all’utilizzo di cementi di altoforno, ad additivi riduttori di ritiro, alla aggiunta di fibre metalliche oppure acriliche di vetro o poliviniliche, ad additivi espansivi. Si vengono così a configurare i calcestruzzi ad alte prestazioni, riguardanti la resistenza, la durabilità, la lavorabilità, delle quali le prime due interessano lo stato indurito del materiale e la terza lo stato fresco, ed i calcestruzzi speciali, a basso ritiro, fibrorinforzati, espansivi.

ALL'INTERNO DELL'ARTICOLO COMPLETO, GLI ASPETTI STRUTTURALI DELLA PROGETTAZIONE DEGLI EDIFICI ALTI CON OSSATURA IN CALCESTRUZZO E LE CONCLUSIONI DELLO STUDIO.

Il tema degli edifici alti è stato trattato dal Prof. Mola in occasione di un convegno facente parte del ciclo dei FOCUS GROUP organizzati dall’Atecap e tenutosi lo scorso 17 luglio 2014.