Degrado dei Materiali. October 2012 DRC Riproduzione Vietata DR_MKT_2012_001_Rev.01

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2 Degrado dei Materiali

3 Il CALCESTRUZZO è formato dall unione di un legante IDRAULICO con elementi lapidei chiamati AGGREGATI i quali vengono amalgamati con ACQUA fino a formare una pasta che verrà PLASMATA a seconda delle esigenze

4 Dalla seconda metà del Novecento è divenuto uno dei materiali da costruzione più diffusi. In realtà le sue radici sono molto Antiche. Già nel 313 a.c. troviamo testimonianze di opere realizzate dall unione di leganti, acqua ed elementi lapidei. Il materiale Strutturale era creato miscelando, con MOLTA SAPIENZA e DOSI PRESTABILITE, ciottoli di pietra e rottami di terracotta legati insieme da calce miscelata con pozzolana. La cura METICOLOSA che i Romani usavano per le opere edilizie aveva permesso di aumentare le resistenze meccaniche e ridurre al minimo il DEGRADO.

5 LEGANTE CALCESTRUZZO ACQUA AGGREGATI La scelta del tipo e della qualità dell ACQUA e degli AGGREGATI è di grande importanza per evitare l insorgere nel breve medio termine di fenomeni di degrado.

6 Questa pietra ARTIFICIALE che si riteneva fosse eterna si è dimostrata debole una volta messa in opera e sottoposta agli attacchi di agenti ESTERNI. La VITA del calcestruzzo può essere anche estremamente breve.

7 DURABILITA è definita come conservazione delle caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali e delle strutture, proprietà essenziale affinché i livelli di sicurezza vengano mantenuti durante tutta la vita utile dell opera, deve essere garantita attraverso: Opportuna scelta dei materiali Opportuno dimensionamento delle strutture Opportune misure di protezione e MANUTENZIONE La fornitura di componenti, sistemi o prodotti, impiegati per fini strutturali, deve essere accompagnata da un manuale di installazione e di MANUTENZIONE da allegare alla documentazione dell OPERA.

8 Punto DEGRADO La struttura deve essere progettata così che il degrado nel corso della sua vita nominale, purché si ADOTTI la normale MANUTENZIONE ordinaria, non pregiudichi le sue prestazioni in termini di Resistenza, stabilità e Funzionalità, portandole al di sotto del livello richiesto dalle NTC.

9 Il degrado delle opere in calcestruzzo è un problema di significativa importanza dal punto di vista SOCIALE ed ECONOMICO. Oltre agli aspetti drammatici connessi con la sicurezza della vita umana nei casi in cui il degrado è talmente avanzato da provocare il collasso della struttura, esiste, anche nelle situazioni di minor gravità il problema del danno economico derivante dalla interruzione di servizio e dalla riparazione dell opera. Nel caso dei ponti la velocità di degradazione risulta particolarmente elevata rispetto ad altre strutture sia per la situazione di aggressività dell ambiente esterno sia per motivi di sicurezza

10 I processi di Ammaloramento non sono in genere da imputare ad una sola causa, ma a più fattori che, esaltandosi a vicenda, concorrono al deterioramento del materiale. Indipendentemente dalle cause che hanno generato il degrado, questo si presenta, nella quasi totalità dei casi, sotto due forme: Disgregazione Superficiale del conglomerato con o senza deformazioni od ossidazione delle armature metalliche esistenti Presenza di stati fessurativi diffusi più o meno profondi che interessano l intera sezione della struttura o parte di essa.

11 Il processo di deterioramento coinvolge La matrice Cementizia (attacco solfatico decalcificazione) La componente Lapidea ( reazioni alcali-aggregati) Le Armature (corrosione)

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13 Soluzione del Problema Diagnosi Corretta dell Ambiente Attenzione durante Confezionamento Attenzione durante Getto e Stagionatura Se la diagnosi o la prevenzione sono errate non possiamo che ricorrere al rimedio terapeutico più costoso, ossia quello del risanamento della struttura. La durabilità del calcestruzzo dipende in gran parte dalla porosità / permeabilità del materiale. La presenza di micro cavità collegate tra loro definiscono una porosità continua che rende il materiale altamente degradabile in un ambiente aggressivo.

14 DEGRADO DEL CALCESTRUZZO Esempi e Descrizione delle cause più comuni

15 Naturali sostanze presenti in natura Come acqua di mare, acqua Sulfurea, etc.. Inerti contaminati Artificiali sostanze prodotte dall uomo come acidi inorganici, fumi di combustione, scarichi industriali

16 Attacco da Solfati acque Selenitose (concentrazione di solfati >200mg/l) terreni aventi tenore di solfato elevato, acqua di mare, atmosfere industriali ricche di vapore d acqua Inerte di partenza con presenza di solfato di calcio (espansione a contatto con acqua)

17 Dinamica del degrado Idrossido di calcio presente nel calcestruzzo reagisce con il solfato di magnesio producendo CaSO4 Gesso (Biidrato). Questa reazione avviene con un aumento di volume dell ordine del 120% circa. Effetti del degrado Rigonfiamenti e macrofessurazioni progressive Espulsione del materiale Sfarinamento del calcestruzzo Questi fenomeni includono i noti DEF (Delay Ettringite Formation Distruttiva) ed EEF (Early Ettringite Formation Non Distruttiva)

18 Esempio di espansione DEF

19 Reazione Alcali-Aggregato Questa forma di degrado si verifica con la presenza di inerti silicei amorfi o con un elevato rapporto di cemento/aggregati quarzosi. Devono sussistere anche condizioni di capillarità con presenza di acqua e l ambiente deve essere umido.

20 Dinamica del Degrado La silice contenuta negli inerti reagisce con il sodio e potassio del cemento (Portland) formando un silicato gelatinoso soggetto a forti rigonfiamenti. Osservando uno strato fessurato dal processo alcali-aggregato spesso si può vedere questo gel che in breve tempo si carbonata diventando difficilmente riconoscibile.

21 Sgretolamento pila di un ponte causato da AAR

22 Attacco dei Cloruri I cloruri reagiscono con i componenti della pasta cementizia e l acciaio. Queste reazioni differiscono dal tipo di attacco che è funzione della provenienza dei Sali: Cloruri di Mare Sali disgelanti: cloruro di sodio Sali disgelanti: cloruro di calcio

23 Dinamica Acqua di Mare Il calcestruzzo subisce l attacco dei solfati che deteriorano il copri ferro rendendo vulnerabili le armature all attacco dei cloruri (Pitting se localizzato) Tale fenomeno si presenta solo se c è presenza di Ossigeno libero e di Acqua. Tale situazione comporta che il fenomeno è localizzato e limitato alle zone di bagnasciuga o soggette a spruzzi.

24 Azione dei cloruri di mare: La zona atmosferica sopra l altezza delle maree è la più critica perché è bagnata dagli spruzzi d acqua di mare. Il calcestruzzo non è saturo d acqua e quindi l ossigeno può raggiungere le armature.

25 Dinamica Sali disgelanti: Cloruro di Sodio Il cloruro di sodio può innescare una reazione AAR in presenza di inerti reattivi. Nel caso gli inerti non reagiscano il processo di penetrazione del Cls avviene ugualmente ma molto lentamente. Sali disgelanti: Cloruro di Calcio Il cloruro di calcio ha un effetto più rapido nella funzione rispetto al cloruro di sodio. Il cloruro di calcio è molto più severo nei confronti del Cls in quanto reagisce con idrossido di calcio presente nel calcestruzzo indurito con fenomeni di espansione.

26 Cloruro di calcio Cloruro di Sodio

27 Carbonatazione Idrossido di calcio reagisce con anidrite carbonica presente nell atmosfera. A partire dagli strati più esterni i suoi componenti alcalini vengono neutralizzati. Questo fenomeno avviene in ambienti moderatamente umidi Il ph si riduce dai valori normali di a valori inferiori a ph<9 valore ben al disotto del ph 11.5 che risulta essere il valore minimo necessario per assicurare, in assenza di Cloruri, le condizioni di passività della armatura.

28 Rappresentazione della diffusione dell anidrite attraverso i pori capillari Rappresentazione del fenomeno di Neutralizzazione degli alcalini

29 Effetti Distruzione progressiva del copri ferro Ossidazione progressiva delle armature

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31 Corrosione Il calcestruzzo ha la funzione di proteggere i ferri di armatura dalla corrosione che porta alla formazione di ruggine con un forte aumento di volume e conseguente sgretolamento del calcestruzzo adiacente. Venendo meno la normale protezione dei ferri, si formano delle fessure che corrono parallelamente alle barre di armatura e che si aprono progressivamente fino al distacco di parti di conglomerato.

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33 Corrosione L'attivazione del ferro, nella maggior parte dei casi, è dovuta al processo di carbonatazione oppure alla penetrazione dei cloruri che, in genere, destabilizzano lo strato di ossidi protettivi generati durante la fase di presa. La formazione di scaglie di ossido poroso di tipico colore rossastro con volume specifico notevolmente superiore a quello del ferro e il relativo "spalling" del copriferro sono le conseguenze ultime e più evidenti del processo di corrosione.

34 CORROSIONE Carbonatazione Cls Valore ph < 9 copri ferro Aggressione Cloruri Il film passivante non è più stabile ed efficiente Riduzione del campo Dei potenziali Neutralizza Funzione passivante Corrosione Generalizzata Corrosione Localizzata Pitting

35 Gelo e Disgelo Le condizioni indispensabili affinché il calcestruzzo si degradi sotto azione del gelo e disgelo sono: Alternarsi delle temperature ambiente attorno ai 0 C Presenza di umidità all interno del cemento Assenza di micro bolle di aria inglobate nella pasta cementizia Il danno è legato all aumento di volume dovuto alla formazione di ghiaccio che provoca sforzi sul calcestruzzo.

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37 Dilavamento (Decalcificazione) Il cemento a contatto con acqua corrente disperde idrossido di calce che si trasforma in bicarbonato di calce (elemento molto solubile). Si innesca un movimento dalla parte interna del materiale più ricca di calce a quella esterna a più bassa concentrazione. Questo flusso di materiale amplia i pori del conglomerato fino alla espulsione di parti poco incoerenti di calcestruzzo. Al fenomeno di decalcificazione si aggiunge quello di erosione svolto dall acqua corrente.

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40 Conclusioni Perché un agente aggressivo possa esplicare la sua azione è necessario che penetri all interno del calcestruzzo. L acqua è il mezzo principale. Qualunque sia la natura dell agente aggressivo, la degradazione interessa la sua struttura interna e non solo la superficie. Pertanto è la permeabilità il principale parametro che governa la durabilità del materiale. Per questo motivo l acqua è considerata un elemento ambientale potenzialmente più aggressivo che non il terreno o l aria.

41 DEGRADO ACCIAIO Esempi e Descrizione delle cause più comuni

42 CAUSE COMUNI Le cause principali di degrado o di ammaloramento di ponti in Acciaio si concentrano nel componente principale sotto forma di corrosione ed Ossidazione. Oltre a questi difetti di natura fisico meccanica operativa non sono pochi i casi dove errori di progettazione anno comportato problemi di carattere dinamico ossia con problemi di risonanza.

43 PATOLOGIE COMUNI PONTI IN ACCIAIO Difetti e Rottura delle Saldature Sfogliamento delle vernici o componenti superficiali Difetti delle chiodature Bulloni allentati e Bulloni Tranciati Deformazioni anime e pareti Lesione ai nodi Corrosione ed Ossidazione

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46 DEGRADO MURATURA Esempi e Descrizione delle cause più comuni

47 Cause L alterazione di un elemento murario può localizzarsi nei componenti, ossia: DEGRADO MURATURA Laterizi o Pietra Esempi e Descrizione delle cause più comuni Malta Queste alterazioni possono essere di natura: Chimica Meccanica

48 PATOLOGIE COMUNI MURATURA Alterazione delle malte per aggressività delle acque (sia quelle meteoritiche che quelle legate alla capillarità). Cristallizzazione dei Sali nelle porosità (sia della malte che del mattone) Sfaldamento delle pietre per variazioni termiche o gelività Variazione della resistenza meccanica causa umidità ascendente dalle fondazioni (capillarità), infiltrazioni di acqua legate a perdite da tetti, pluviali

49 PATOLOGIE COMUNI MURATURA Manomissione dell opera originaria: sopraelevazioni, apertura e chiusura di vani, sostituzione di elementi (archi e volte con solai e travi), sostituzioni di parete continue con pilastri, etc.. Cedimenti differenziali delle fondazioni: variazione del livello di falda, fondazioni sotto-dimensionate, mal distribuzione dei carichi nel terreno a seguito di interventi di ristrutturazione.

50 PATOLOGIE COMUNI SU STRUTTURE IN MURATURA Sostanziale aumento della frequenza, intensità e velocità dei carichi con conseguente aumento delle sollecitazioni dinamiche legate al traffico. Condizioni ambientali molto preoccupanti legate all inquinamento (agenti aggressivi aria ed acqua). Condizioni idrografiche degli alvei mutate (conseguenza delle attività estrattive). Invecchiamento fisiologico dei materiali da costruzione. Difetti di costruzione

51 La PATOLOGIE relative ad una struttura ed al suo comportamento meccanico sono quelle che conducono ad una perdita di funzionalità con riduzione delle sezioni resistenti o rimozione dei vincoli o trasformazione dei cinematismi della struttura. PATOLOGIE Riduzione Sezioni Resistenti Rimozione dei vincoli Trasformazione dei cinematismi

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55 Interventi di ripristino inadeguati

56 Fessure Verticali

57 DEGRADO LEGNO Esempi e Descrizione delle cause più comuni

58 Le strutture realizzate con materiale Ligneo sono soggette a fenomeni di degrado, quali: PATOLOGIE Biologico Meccanico Chimico Qualsiasi sia il carattere della patologia si ottiene una riduzione delle caratteristiche di resistenza meccanica degli elementi strutturali con conseguente riduzione dei parametri di sicurezza.

59 DEGRADO LEGNO: Insetti Larve di Coleotteri ed Isotteri che si nutrono del legno producendo gallerie con orientamento casuale e diverso (legato alla famiglia ed alla specie) Dal punto di vista strutturale il danno provocato dagli insetti consiste nella riduzione della sezione resistente per asportazione di materiale. Non si verifica modificazione di tipo chimica o strutturale della composizione del materiale. La presenza di insetti si manifesta con fori di sfarfallamento e presenza di polvere superficiale. La parte maggiormente intaccata è l alburno.

60 DEGRADO LEGNO: Attacchi Fungini Sono organismi vegetali che utilizzano per il loro ciclo biologico materiali organici già elaborati da altri organismi. Tale fenomeno si attiva quando umidità del legno supera il 20%. Dal punto del materiale, a differenza degli insetti, questo attacco altera le membrane cellulari del legno (carie) i quali modificano le proprietà meccaniche del materiale specialmente se sottoposto ad urti. La presenza di attacchi fungini si manifesta con presenza di macchie superficiali e fessurazione evidente della parte corticale.

61 DEGRADO LEGNO: Attacchi Fungini

62 DEGRADO LEGNO: Degradazione Strutturale Tale termine definisce le lesioni ed anomalie che portano ad una riduzione delle prestazioni meccaniche e quindi capacità portante delle strutture lignee. I dissesti si manifestano con fessurazioni e deformazioni la cui progressione temporale può protrarre in tempi brevi o molto lunghi. Vanno differenziate le cosiddette fenditure fisiologiche da quelle patologiche. Le fenditure naturali, legate al ritiro del materiale hanno andamento congruente alla fibra, mentre le fessurazioni strutturali hanno andamento indipendente dalla fibratura con presenza contemporanea di altre lesioni

63 DEGRADO LEGNO: Fessurazioni

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65 Macchie di umidità

66 Attacco Funghi

67 Fessurazioni Longitudinali

68 Fessurazioni Elicoidali