Quello previsto dal progettista? Quello progettato dal produttore? o Quello che, alla fine, ci si ritrova in opera?

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1 Università degli Studi di Padova Dipartimento di Costruzioni e Trasporti CORSO DI TECNICA DELLE COSTRUZIONI anno accademico Docente: Ing. Roberto Scotta LA DURABILITA DEL CALCESTRUZZO Padova 15/12/09 Quale calcestruzzo? Quello previsto dal progettista? Quello progettato dal produttore? o Quello che, alla fine, ci si ritrova in opera? Come assicurare che ad un corretto studio della miscela consegua una struttura coerente al progetto e durabile? Le prescrizioni La pratica di cantiere I controlli prescrizioni puntuali e specifiche complete una messa in opera ed una stagionatura corrette un controllo di accettazione coerente alla norma 1

2 Per avere un calcestruzzo (potenzialmente) durabile occorre: Prescrivere la giusta classe di esposizione; Rispettare le tre limitazioni alla composizione; Rapporto a/c, Contenuto minimo di cemento, Resistenza caratteristica minima. Impiegare additivi specifici per ottenere le determinate resistenze e classi di esposizione. LA DURABILITÀ Analisi ambientale Definizione delle resistenze caratteristiche minime Confronto con le resistenze statiche previste per le opere Prescrizione finale 2

3 PRINCIPALI CAUSE DI DEGRADO delle strutture di c.a. DEGRADO DEL CALCESTRUZZO DEGRADO DELLE ARMATURE meccaniche fisiche strutturali chimiche corrosione abrasione erosione urto esplosione gelo-disgelo incendio essicazione ritiro reaz. alcali-aggregati attacco acido attacco da solfati attacco da solfuri attacco da acque pure sovraccarichi assestamenti carichi ciclici carbonatazione cloruri correnti vaganti 3

4 Effetto della CARBONATAZIONE è abbassare il ph della soluzione dei pori a valori tali da non essere più in grado di garantire la passivazione delle barre di armatura CORROSIONE DEI FERRI Effetto dei CLORURI è distruggere il film di ossido protettivo che normalmente si forma attorno alle barre di armatura Effetto dei SOLFATI è distruggere calcestruzzo Ingresso degli agenti aggressivi 4

5 Dipendenza della durabilità dalla permeabilità Dipendenza della durabilità dalla permeabilità 5

6 SOLFATI STRUTTURE A CONTATTO CON SOLFATI Penetrazione degli ioni solfato sia da terreno sia da liquidi 1 Sostanze espansive che generano il degrado del calcestruzzo mediante rigonfiamenti 2 In acqua di mare non avviene il rigonfiamento ma un progressivo sfarinamento della superficie del calcestruzzo 3 6

7 SOLFATI Struttura in contatto con agenti chimici aggressivi Attacco Solfatico 7

8 ALCALI-AGGREGATI Alkalis + Reactive Silica + Moisture Alkali Silica Reaction (ASR) ASR Gel which expands Aggregati silicei Concrete cracking Problemi: reazione alcali-aggregato Questa reazione è generalmente associata alla presenza di alcali (sodio e potassio) nel cemento e di silice amorfa o scarsamente cristallina in alcuni aggregati. Il fenomeno è anche noto come reazione alcali-silice (Alkali-Silica Reaction, ASR). AGGREGATI Alkali Silica Reaction (ASR) Macrofessurazione di un pavimento in calcestruzzo da ASR. 8

9 Ca Cl 2 Attacco del Ca Cl 2 - effetto di w/c e areanti 9

10 Cicli di Gelo-Disgelo LA CORROSIONE 10

11 LA CORROSIONE volumi degli idrati di ferro LA CARBONATAZIONE DEL CALCESTRUZZO Ca(OH 2 ) + CO 2 CO 2 O 2 H 2 O H 2 O CaCO 3 + H 2 O Fe 2 O 3 H 2 O OH - Fe(OH) OH - 2 CALCESTRUZZO CARBONATATO O 2 +H 2 O catodo Fe++ anodo 2e- Film di ossido di ferro (passivato) Ferro d armatura 11

12 Carbonatazione Carbonatazione Critical Section unprotected bars Typical Section protected bars The failure seems due to a localised corrosion process of the reinforcing bars in the critical section of the collapsed beam, since in the other sections the bars were still protected by the alkaline environment. 12

13 ATTACCO DEI CLORURI - corrosione per pitting - Cl - O 2 H 2 O H 2 O MATRICE CEMENTIZIA O 2 +H 2 O catodo OH - H + +Fe(OH) 2 +Cl - OH - FeCl 2 anodo 2e- Film di ossido di ferro (passivato) Ferro d armatura Corrosione indotta dai cloruri nelle solette da ponte 13

14 Cloruri Concentrazione critica DAI REQUISITI ALLE PRESCRIZIONI NORME DI PROGETTO D.M EUROCODICI NORME DI ESECUZIONE ENV NORME DI PRODOTTO Cemento EN 197 Aggregati EN Acqua EN 1008 Additivi EN 934 CALCESTRUZZO EN

15 LE PRESCRIZIONI DEL D.M Specifiche per il calcestruzzo Durabilità EUROCODICE 2 Requisiti di durabilità L esigenza di una struttura adeguatamente durevole è soddisfatta se la struttura, per il periodo di vita richiesto, esplica le sue funzioni risultando idonea all esercizio, resistente e stabile senza riduzioni significative della sua funzionalità o manutenzioni eccessive non previste. Il copriferro minimo deve assicurare: la corretta trasmissione delle forze di aderenza; che non avvenga spalling; un adeguata resistenza al fuoco; la protezione dell acciaio contro la corrosione. 15

16 EN 206-1: LA NORMA EUROPEA DEL CALCESTRUZZO : pubblicazione norma UNI EN 206 Calcestruzzo: specificazione, prestazione, produzione e conformità ; Si applica a tutto il calcestruzzo, sia preconfezionato che prodotto in cantiere o in impianto di prefabbricazione; Norma non armonizzata: non obbligatoria in tutti i paesi della Unione Europea; Sostituisce la UNI 9858; Attesa del DAN (Documento di Applicazione Nazionale) EN 206-1: LA NORMA EUROPEA DEL CALCESTRUZZO Nuove classi di esposizione ambientale; Ampliamento delle classi di resistenza fino a C90/105; Calcestruzzo leggero; Introduzione del concetto di legante (aggiunte); Controllo del processo di produzione; Importanza dei controlli di conformità; Prescrizione del cls (UNI EN206 ): C25/30 XD2 Cl 0,20 D max 22 S4 D1,8 classe di contenuto in cloruri classe di massa volumica (cls leggeri) 16

17 EN 206-1: LE CLASSI DI ESPOSIZIONE la nuova norma EN 206 prevede 6 classi di esposizione ambientale (XO, XC, XD, XS, XF ed XA), per ciascuna delle quali, ad eccezione della XO, esistono più sottoclassi. Il numero totale delle sottoclassi (18) è raddoppiato rispetto a quelle previste nella norma UNI ENV 206 EN contro UNI 9858 (ENV 206-1) Ipotesi di correlazione tra le classi di esposizione 17

18 L ANALISI AMBIENTALE Le strutture sono a contatto con: ARIA classi XC-XF CO 2, SO 2, NO x LIQUIDI classi XD-XF Cl -, SO 4 --, NH 4 + TERRENO classi XA Cl -, SO 4 --, NH 4 + ACQUA DI MARE classi XS Cl -, SO 4 --, Mg ++ EN 206-1: Classe di esposizione XC Corrosione delle armature promossa dalla carbonatazione Si noti lo scarico dell'acqua che favorisce il bagnaasciuga e la corrosione delle armature sottostanti 18

19 Danni legati alla corrosione per CARBONATAZIONE EN 206-1: Classe di esposizione XD corrosione delle armature promossa dai cloruri (esclusi quelli presenti in acqua di mare). 19

20 EN 206-1: Classe di esposizione XF Esposizione al gelo ed ai sali disgelanti Pila da ponte soggetta indirettamente all'azione dei sali disgelanti provenienti dal piano stradale Danni conseguenti alla corrosione per CLORURI Pila in c.a. Soletta in c.a.di un ponte in alta montagna 20

21 Elevated highway structure subject to deicing salts Danneggiamento per cicli di gelo e disgelo EN 206-1: Classe di esposizione XS opere esposte ai cloruri da acqua marina 21

22 ACQUA DI MARE EN 206-1: Classe di esposizione XA Attacco chimico del calcestruzzo a contatto con il terreno >2000 <3000 >3000 <12000 >12000 <

23 EN 206-1: Classe di esposizione XA Attacco chimico del calcestruzzo a contatto con l acqua del terreno EN 206-1: Valori Limite durata prevista della struttura di 50 anni - uso di cemento tipo CEM I in conformità alla EN e di aggregato avente dimensione nominale massima compresa tra 20 mm e 32 mm. Le classi di resistenza minima sono state desunte dalla relazione tra il rapporto a/c e la classe di resistenza del calcestruzzo realizzato con un cemento di classe di resistenza 32,5. I valori limite per il rapporto massimo acqua/cemento ed il contenuto minimo di cemento si applicano a tutte le classi, mentre i requisiti per la classe di resistenza del calcestruzzo possono essere specificati in aggiunta. 23

24 EC2 - Copriferro Copriferro in funzione dell'aggressività ambientale La precisazione degli spessori di copriferro da parte della normativa europea (Eurocodice 2) fa riferimento alla definizione di classi di esposizione (1, 2, etc.) secondo la vecchia normativa ENV 206 oggi sostituita dalla EN Non esiste ancora sintonia tra Eurocodice 2 e la nuova normativa EN 206 che introduce la nuova definizione delle classi di esposizione (X0, XC, etc.). LA PRATICA DI CANTIERE Deve essere evitata ogni aggiunta di acqua che causa: il superamento del rapporto a/c fissato l abbattimento della classe di resistenza prevista dal progetto i casseri di legno siano saturi i casseri metallici non siano surriscaldati il calcestruzzo sia posato da un altezza non superiore a cm siano posti dei rompi-tratta ad evitare la segregazione POSA IN OPERA E VIBRAZIONE STAGIONATURA 24

25 LA POSA IN OPERA Cura ed attenzione ai casseri e ai disarmanti Il calcestruzzo deve essere posto in opera il più presto possibile Adottare misure preventive che non permettano la segregazione specie in caduta libera Vibrazione accurata ed attenta per raggiungere la massima compattazione possibile LA STAGIONATURA La stagionatura corretta del calcestruzzo è indispensabile alla idratazione del cemento ed alla riduzione della porosità capillare Proteggere i getti! Metodi di stagionatura Lasciare i casseri al loro posto Coprire con teli di plastica Rivestire con teli umidi Nebulizzare acqua sulla superficie Applicare prodotti stagionanti che formano pellicole di protezione Membrane protettive 25

26 FIGURE COINVOLTE PER LA DURABILITÀ Committenza Costo adeguato dell opera Progettista Correttezza delle prescrizioni (normativa) Direzione Lavori Verifica delle prescrizioni Impresa costruttrice Esecuzione delle opere Fornitore Adeguamento tecnologico alle prescrizioni 26