Spesso capita di sentire che “non si fanno più le cose bene come una volta” in quanto l’obiettivo primario non erano i “soldi facili” ma realizzare opere che durassero il più a lungo possibile.
Sfortunatamente questa filosofia sembra essere rimasta nel passato specialmente quando si parla di costruzioni. Tutto dev’essere realizzato velocemente e con un’attenzione quasi maniacale al risparmio. Di certo non c’è nulla di male in questi due principi fintantoché non interferiscono negativamente con la sicurezza sul lungo periodo per l’utilizzatore finale. Vediamo come il calcestruzzo si dimostra un elemento di rilevante importanza in quest’ottica.
La durabilità delle strutture è rappresentata dalla loro capacità di resistere alla prova del tempo, mantenendo le loro performances e sicurezza proprie del progetto originale. Di certo il calcestruzzo svolge un ruolo centrale (anche se NON è l’unico elemento che contribuisce alla durabilità strutturale) ecco perché in questo post ci focalizzeremo sulla durabilità del calcestruzzo.
Le più importanti cause di degrado del calcestruzzo sono:
Anidride carbonica
Umidità
Gelo
Cloruri
Solfati
Agenti chimici
Fessurazioni
In Europa a livello normativo sono espresse 5 classi di esposizione ambientale che definiscono elementi minimi di progettazione di miscela volti a combattere la maggioranza di queste cause di degrado; ognuna di queste classi di esposizione contiene delle sottoclassi che definiscono il livello del rischio.
In questo articolo non entreremo in tanti dettagli, in linea con la filosofia pratica di p-concrete, piuttosto cercheremo di spiegare nel modo più semplice possibile di cosa si tratta. Ad ogni modo quella che segue è una lista delle 5 macro classi di esposizione ambientale:
XC = Carbonatazione
XD = De-freezing
XS = Sea water
XF = Freezing
XA = Attacco chimico
XC CARBONATAZIONE
L’aria è dannosa per il calcestruzzo armato? Strano a dirsi, ma SI’! E non sto parlando dell’aria inquinata, ma piuttosto della comunissima anidride carbonica. E’ lei la causa di carbonatazione del calcestruzzo.
L’anidride carbonica penetra la porosità del calcestruzzo e si combina con la calce trasformandola in calcare (e una piccola componente di acqua). La calce era una buon “alleato” dei ferri di armatura a motivo del suo PH (con valori intorno a 13). Il calcare, per contro, ha un PH che risulta aggressivo per i ferri di armatura (circa 8). A motivo di ciò i ferri di armatura iniziano ad ossidarsi (ruggine).
L’ossidazione del ferro è una reazione di tipo espansivo che genera una forte spinta dall’interno verso l’esterno al punto che il copriferro viene letteralmente spezzato ed espulso. E’ interessante notare che la carbonatazione di per sé non è affatto pericolosa per il calcestruzzo, piuttosto lo è per il ferro di armatura in esso contenuto, il quale arrugginendosi (ossidandosi) distrugge il suo ospite, cioè il calcestruzzo stesso.
Per minimizzare la carbonatazione del calcestruzzo e quindi il degrado delle strutture, il rapporto a/c deve essere ridotto e lo spessore del copriferro aumentato.
XD DE-FREEZING e XS SEA WATER
Questa forma di aggressione è originata dai cloruri quali ad esempio i cloruri usati nei sali disgelanti impiegati nella stagione invernale o il cloruro di sodio presente nell’acqua di mare e nel suo aerosol (vapore).
L’attacco dei cloruri colpisce sia il calcestruzzo che i ferri di armatura.
Nella situazione descritta dalla classe di esposizione XD la pasta cementizia viene letteralmente disintegrata col passare del tempo, mentre il cloruro di sodio (XS) se in combinazione con aggregati reattivi, innesca reazioni distruttive di pop-out.
In entrambi i casi le barre di armatura sono soggette a corrosione, il che significa che verranno lentamente consumate dall’interno rendendole fragili e totalmente inutili.
Per minimizzare l’effetto devastante dei cloruri il rapporto a/c dev’essere piuttosto basso, lo spessore del copriferro va aumentato e la forma stessa della struttura dev’essere progettata in modo da drenare al meglio le acque ricche di agenti aggressivi (cloruri).
I cloruri, poi, potrebbero anche essere presenti in alcuni “ingredienti” del calcestruzzo, ecco perché il preconfezionatore deve dichiarare la percentuale totale di cloruri in miscela, che, ovviamente, dev’essere inferiore ai valori massimi espressi dalla normativa.
XF FREEZING
Le temperature sotto zero fanno sì che l’umidità (acqua) presente nei pori capillari del calcestruzzo congeli. Come noto, il congelamento causa un incremento di volume dell’acqua (circa del 9%) che a sua volta ingenera notevole pressione dall’interno verso l’esterno. Sotto tale pressione il calcestruzzo comincia a sbriciolarsi partendo dalla parte esterna più esposta.
Il modo principale per combattere questo fenomeno è aggiungere aria al calcestruzzo fresco. Queste “bolle” d’aria devono avere un preciso diametro e una precisa distanza fra loro così da creare nel cuore del calcestruzzo, una “griglia” di bolle, vuoti NON interconnessi, capaci di intercettare sia le porosità capillare che le micro fessurazioni.
Questi “vuoti” svolgeranno la funzione di “camere di espansione” essendo simili a serbatoi con un canale di uscita verso l’esterno (la micro fessura e/o la porosità capillare stessa). L’acqua intrappolata nella porosità capillare potrà quindi confluire all’interno della bolla d’aria e in fase di congelamento, aumentando di volume potrà espandersi sia all’interno della bolla stessa che attraverso il canale che porta all’esterno del calcestruzzo (la micro fessura e/o la porosità capillare stessa).
Di nuovo, il rapporto a/c va diminuito, ma questa volta, a causa dell’aria inglobata, a pari rapporto a/c il valore di resistenza a compressione sarà inferiore. Ciò significa che due calcestruzzi di cui uno in classe di esposizione XF con aria aggiunta e uno tradizionale, sebbene con uguale rapporto a/c, esprimeranno diversi valori di resistenza a compressione evidenziando una maggiore fragilità del primo.
XA ATTACCO CHIMICO
Fra i più agguerriti “nemici giurati” del calcestruzzo ci sono i solfati (comunemente presenti nei canali fognari) che letteralmente distruggono tutti i legami chimici del cemento. Va comunque detto che il calcestruzzo è soggetto anche all’attacco di altri componenti chimici. Naturalmente non faremo una lunga lista di tutti gli agenti chimici aggressivi, se desideraste maggiori dettagli, sono sicuro che potrete approfondire facilmente approfittando del forum di p-concrete. Ad ogni modo, la normativa specifica rapporti a/c e requisiti speciali per i tipi di cemento da impiegare a seconda del tipo di attacco chimico a cui il calcestruzzo sarà sottoposto.
CHE DIRE DELLE FESSURAZIONI?
E’ scontato: le fessurazioni sono una facile via di accesso per ogni tipo di aggressione….diretta al cuore del calcestruzzo. Ecco perché è di fondamentale importanza impedire che si sviluppino o perlomeno minimizzarle il più possibile. Ma quali sono le principali cause di fessurazioni?
Ritiro (perdita d'acqua, riduzione in volume). Potete leggere di più sull’argomento nei miei post “Il ritiro del calcestruzzo – parte 1” e “Il ritiro del calcestruzzo – parte 2”.
Stess meccanici (trazione, colpi). Il calcestruzzo, si sa, può esprimere alti valori di resistenza a compressione, ma purtroppo si attesta su bassi valori di resistenza alla trazione e alla flessione. Il post “Calcestruzzi fibro rinforzati” spiega come l’utilizzo di fibre può essere di aiuto.
Stress termici (espansione e contrazione). Per minimizzare questo fenomeno sono necessari giunti. Alcuni suggerimenti si possono trovare nel post “Pavimenti industriali in calcestruzzo” e nella brochure gratis per tutti i nuovi membri di p-concrete “Pavimentazioni industriali in calcestruzzo – Trucchi e suggerimenti”.
Vorrei concludere questo post sottolineando perché la durabilità del calcestruzzo dovrebbe essere un ”must”:
E’ economica. A dispetto di un maggior costo iniziale, il costo finale in termini di manutenzioni cala drasticamente.
E’ eco-friendly. Meno manutenzioni significa minor utilizzo di energie e materie prime da fonti non rinnovabili ed anche minor produzione di scarti inquinanti.
Salva vite. Strutture costruite per durare il più a lungo possibile rappresentano un luogo sicuro per chi le utilizza.