Il calcestruzzo è un materiale conosciuto ormai da anni e di vastissima applicazione, ma spesso alle apprezzate qualità si sovrappongono svantaggi correlati al suo stesso peso: un calcestruzzo strutturale ordinario ha infatti un peso specifico variabile tra i 2.200 e 2.400 kg/m³, di cui circa il 70-80 per cento dovuto alla presenza di inerti tradizionali. Di qui la l’opportunità di sostituire - anche parzialmente - gli inerti lapidei tradizionali con un aggregato resistente, ma assai più leggero.

Fase di realizzazione di un ponte, sul Rio Sinigo ad Avelengo (Bolzano),
in calcestruzzo leggero strutturale di argilla espansa

L’argilla espansa è un aggregato prodotto con un processo industriale controllato, con caratteristiche ben stabilite e mantenute costanti con controlli di processo; regolando opportunamente le proporzioni di miscela e le condizioni di espansione si possono inoltre produrre granuli a differenti e prestabilite densità e resistenza meccaniche.

I calcestruzzi leggeri strutturali, cioè prodotti con aggregati leggeri, si distinguono in base alla “massa volumica ρ (kg/m³)”, con il limite superiore fissato a 2.000 kg/m³.
La Circolare esplicativa del Decreto ministeriale del 9 gennaio ’96, “Norme tecniche per il calcolo, l’esecuzione e il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per le strutture metalliche”, stabilisce poi un limite inferiore di densità per i calcestruzzi strutturali di inerti leggeri, fissato a 1.400 kg/m³.
La resistenza caratteristica a compressione R_ck a 28 giorni deve inoltre risultare non inferiore a 15 N/mm² (150 kgf/cm²).
La stessa Circolare fornisce inoltre le istruzioni relative ai calcestruzzi di aggregati leggeri con armatura normale o di precompressione.
Altrettanto la norma UNI EN 1992 Parte 1-1 (Eurocodice 2) è specificamente destinata ai calcestruzzi leggeri strutturali e contiene i principi e le regole di applicazione per strutture così realizzate.
La norma UNI EN 206 prevede le classi di massa volumica riportate qui sotto.

Nella tabella sono riportati alcuni parametri indicativi delle caratteristiche dei calcestruzzi leggeri di argilla espansa:

I vantaggi dell’utilizzo di un calcestruzzo di argilla espansa rispetto a un calcestruzzo tradizionale sono:

• consistente riduzione della massa
• utilizzo di aggregati artificiali con costanza di produzione industrialmente controllata
• ottima resistenza ai cicli di gelo e disgelo
• ottima resistenza alla permanenza in acque marine con efficace protezione delle armature
• ottima resistenza termica, pari circa al doppio di quella del calcestruzzo normale
• ottima resistenza al fuoco
• migliore lavorabilità rispetto al calcestruzzo indurito nel caso di aperture di fori, tracce e passaggi.

La norma UNI 10351 prevede, per calcestruzzi di argilla espansa utilizzati in applicazioni interne, una conduttività termica utile (cioè da utilizzare nel calcolo) con i valori riportati nella Tabella.

Utilizzo per strutture di nuove costruzioni
L'impiego di calcestruzzi leggeri di argilla espansa, oltre a consentire la soluzione di difficoltà specifiche, è frequente nella realizzazione di opere con grandi luci o forti aggetti poiché oltre a risolvere problemi statico-strutturali contribuisce ad eliminare diversi vincoli formali.

La caratteristica principale è, infatti, il favorevole rapporto resistenza/peso che rende i calcestruzzi leggeri adatti a:

• strutture in cui il peso proprio è preponderante rispetto ai carichi portati (la riduzione del peso comporta la riduzione di tutte le sezioni, quindi meno calcestruzzo, minori casserature e minori armature)
• grandi strutture, o strutture con grandi altezze e/o grandi luci, in cui ogni riduzione di sezione comporta significative economie
• interventi su terreni con limitata portanza in cui ogni riduzione di peso della struttura restituisce significativi risparmi nei costi di fondazione, ovvero, a parità di peso totale, consente la realizzazione di strutture di maggiori dimensioni
• strutture soggette a rilevanti azioni orizzontali (vento e sisma) per le quali la riduzione delle masse si traduce in una riduzione delle sollecitazioni
• strutture in cui sia utilmente sfruttabile anche la buona resistenza termica del calcestruzzo leggero, decisamente migliore di quella di un calcestruzzo normale
• strutture in cui il migliore comportamento al fuoco del calcestruzzo leggero comporti economie derivanti dalla possibilità di realizzare sezioni in calcestruzzo minori e minori spessori di copriferro, o consenta di raggiungere maggiori livelli di sicurezza della costruzione
• solai nei quali diventa possibile realizzare getti pieni, di ridotto spessore, con pesi simili ai solai alleggeriti ma con riduzione della necessità di travature.

Numerose costruzioni di notevole interesse architettonico e strutturale, realizzate in Italia e in Europa, testimoniano l’efficacia nell’utilizzo dei calcestruzzi leggeri di argilla espansa. Occorre sottolineare che per sfruttare le migliori qualità del calcestruzzo leggero e ricavarne i massimi benefici, è necessario che fin dall'inizio la progettazione sia coerentemente impostata per l'impiego di questo materiale.
 

Strutture esistenti: rinforzo strutturale di solai
Una eccellente soluzione per interventi su strutture esistenti - da rinforzare - o in ristrutturazioni di edifici con solai in legno è costituta dalla realizzazione di solette in calcestruzzo leggero di argilla espansa gettato in opera.
La soletta può essere resa solidale a travi in legno portanti mediante opportuni connettori, realizzando così un unico elemento strutturale collaborante. La leggerezza del calcestruzzo di argilla espansa e le sue caratteristiche di comportamento al fuoco rendono utile e premiante la soluzione.

Solai a volta o a botte in edifici antichi possono inoltre essere consolidati mediante la realizzazione di solette piene in calcestruzzo leggero che, poste all’estradosso della volta, reggono i carichi superiori consentendo l’ancoraggio della volta stessa.

È possibile realizzare calcestruzzi di argilla espansa con densità di 1.400-1.500 kg/m³ e resistenza media a 28 giorni pari a circa 16-20 N/mm² (160-200 kg/cm²), fino a circa 25÷30 N/mm² (250-300 kgf/cm²); ciò significa raggiungere prestazioni paragonabili a quelle di un normale calcestruzzo con un risparmio di 800-900 kg/m³.
Questo tipo di calcestruzzo può essere fornito come premiscelato, a secco, in sacchi, con tutti i vantaggi di un corretto e sicuro dosaggio dei componenti anche per interventi di limitate dimensioni.

Il comportamento al fuoco degli elementi strutturali
La resistenza al fuoco di elementi strutturali in calcestruzzo leggero costituisce un ulteriore argomento vincente per l’utilizzo dell’argilla espansa.
Alle alte temperature (dai 100 fino ai 1.000° C) la conduttività termica (λ) di un materiale non è costante, ma varia in funzione della temperatura stessa.
L’andamento della conduttività termica del calcestruzzo di argilla espansa in funzione della temperatura è costantemente inferiore a quello di un calcestruzzo tradizionale e presenta una minore variazione rispetto al valore iniziale a 20° C.
Ritardare la penetrazione della sollecitazione termica significa proteggere l’armatura metallica per un tempo più lungo e quindi assicurare la resistenza meccanica dell’elemento strutturale per un tempo maggiore a parità di esposizione al fuoco.

L’utilizzo di calcestruzzo di argilla espansa con getto in opera di pareti tagliafuoco può essere una soluzione ottimale anche per le necessità di compartimentazione più impegnative: pareti in getto in spessori ridotti hanno superato, durante le prove al forno presso laboratori ufficiali, tutti i requisisti per la resistenza oltre i 240 minuti.