Come prescrivere il calcestruzzo.

Sommario

  1. La durabilità del calcestruzzo: le classi di esposizione ambientali;
  2. Corrosione delle armature indotta dalla carbonatazione;
  3. Corrosione delle armature indotta dai cloruri di provenienza non marina;
  4. Degrado del calcestruzzo per cicli di gelo e disgelo;

Prescrivere la durabilità del calcestruzzo: le classi di esposizione ambientali.

 

Il calcestruzzo per la realizzazione di opere in "Cemento armato" deve essere opportunamente prescritto dal progettista. La progettazione è una fase cruciale che determina la qualità dell'opera intera; la corretta prescrizione del calcestruzzo determina non solo la sicurezza statica della struttura ma anche la durabilità e quindi la vita nominale prevista. 

Prima ancora della resistenza meccanica il progettista deve individuare le caratteristiche ambientali in cui l'opera sarà collocata. Dal tipo di ambiente si potrà prevedere il tipo e il grado di aggressione cui il materiale sarà sottoposto durante l’intera vita dell'opera. A tale scopo, mediante il prospetto 1 della norma UNI 11104, si individua la classe di esposizione ambientale. 

Le cause di degrado previste dalla norma sono le seguenti: 

corrosione dei ferri dell'armatura o di altri inserti metallici causata dalla carbonatazione del calcestruzzo (classe XC);

  • corrosione dei ferri indotta dalla presenza di cloruri diversi da quelli presenti nell'acqua di mare (classe XD);
  • corrosione dei ferri indotta dalla presenza di cloruri nell'acqua di mare (classe XS);
  • Attacco dei cicli di gelo/disgelo con presenza o meno di sostanze disgelanti (classe XF);
  • Attacco chimico (classe XA).

Le azioni aggressive che causano il degrado sono  identificate da una “Classe di esposizione ambientale” , (X0,XC,XD,XS,XF,XA) ognuna delle quali viene suddivisa in più sottoclassi per riconoscere e distinguere vari livelli di severità delle azioni medesime.

In base al grado di aggressione ogni classe di esposizione prevede opportuni limiti per il calcestruzzo che il progettista deve considerare quali:

  • massimo rapporto acqua/cemento;
  • minima classe di resistenza;
  • contenuto minimo di cemento;
  • contenuto minimo di aria inglobata (solo per le classi XF2 e XF3);
  • Utilizzo di aggregati non gelivi (solo per le classi XF);
  • Impiego di cementi resistenti ai solfati (solo per le classi XA);
  • spessore del copriferro

I limiti prescritti per ogni classe di esposizione valgono per una vita utile di 50 anni, ovvero per la classe 1 secondo le NTC e la classe strutturale 4 secondo l’Eurocodice2. 

Facciamo notare che gli spessori minimi del copriferro non sono abbinati alla norma UNI 11104, che riguarda solo il calcestruzzo, ma si trovano nell’Eurocodice2.

La scelta della classe di esposizione va eseguita per ogni elemento strutturale in base alla posizione in cui si trova rispetto all'intera struttura e quindi all'ambiente esterno. Quindi, ad esempio, un pilastro collocato all'interno della struttura, avrà una classe di esposizione meno severa rispetto a un pilastro che invece è collocato sul perimetro della struttura, e si trova a diretto contatto con gli agenti aggressivi esterni. 
Vediamo ora una per una nel dettaglio le varie classi:


Corrosione dei ferri di armatura indotta dalla carbonatazione (Classe XC)

Classe X0: Assenza di rischio di corrosione o attacco

Questa classe viene prescritta quando si è in presenza di ambienti nei quali non esiste alcun rischio di degrado né per di tipo chimico e né di tipo fisico (es. gelo-disgelo), e per calcestruzzi privi di armature ed inserti metallici. In tal caso non sono previsti indicazioni particolari se non per la classe minima di resistenza paria a C(12/15)

Classe XC: Corrosione delle armature promossa dalla carbonatazione

L’ingresso dell’anidride carbonica nel copriferro del calcestruzzo crea le condizioni per l’ossidazione del ferro provocata a sua volta dall’ingresso dell’ossigeno e dalla presenza di acqua. Pertanto si prevedono le seguenti sottoclassi:

CLASSE XC1: quando l’ambiente ha una umidità relativa molto bassa (ambiente secco), come ad esempio nelle zone interne degli edifici che non sono esposte all’ambiente esterno.

Elementi quali, scale interne, solai, travi, pilastri, setti, vani ascensori possono essere prescritte come XC1  

CLASSE XC2: si riferisce ad ambienti perennemente bagnati e raramente asciutti, come per il caso delle vasche di contenimento per liquidi non aggressivi, muri contro terra, pali, diaframmi, fondazioni, strutture idrauliche, che si trovano in terreni o acque non aggressive.

In questi casi il rischio di corrosione delle armature non è alto, in quanto la struttura si trova in una situazione protetta sia dalla penetrazione dell’anidride carbonica e sia dell’ossigeno, condizioni necessarie perché si inneschi l’ossidazione.

CLASSE XC3: Questa classe viene prescritta per le strutture in elevazione che si trovano all’esterno ma non sono a diretto contatto con l’acqua piovana, pertanto sono soggette ad una umidità moderata che dipende dall’umidità relativa dell’aria. Oltre a strutture esterne protette dalla pioggia devono essere considerati anche gli interni di edifici con presenza di umidità, come ad esempio cucine, piscine, impianti sportivi ed industriali. 

CLASSE XC4: questa classe è indicata per calcestruzzi in elevazione esterni a diretto contatto con la pioggia, esposti quindi a condizione di bagnato asciutto, e quando si escludono altre cause di degrado come ad esempio i cicli di gelo e disgelo. Fanno parte di questa classe ad esempio pensiline, balconi, terrazzi non coperti, parapetti in cls non protetti, muri perimetrali a diretto contatto con la pioggia, pile da ponte ecc.


Corrosione indotta dai cloruri di provenienza non marina. (Classe XD)

I cloruri possono penetrare il copriferro esercitando un’azione corrosiva diretta sul ferro con un tempo di innesco che dipende dalla qualità del calcestruzzo e dallo spessore del copriferro stesso. Possono provocare anche una corrosione localizzata, specialmente quando i cloruri penetrano attraverso una micro-fessura, e raggiungono il ferro in tempi brevi, innescando un degrado localizzato ed anticipato.

In genere i cloruri di origine non marina sono presenti sulle strade o sui piazzali esterni quando vengono utilizzati i sali disgelanti, bisogna fare attenzione quindi a tutti quei calcestruzzi strutturali che possono venirne a contatto, come ad esempio ponti, viadotti, sottopassi ecc. Inoltre i cloruri li possiamo trovare nei terreni, nella vasche per piscina o vasche di contenimento liquidi.    

CLASSE XD1: per calcestruzzi armati ordinari o precompressi destinati ad ambienti con umidità relativa moderata, soggetti a spruzzi di acque contenenti cloruri, ad esempio pavimentazioni esterne, parti di ponti periodicamente sottoposte a nebbie saline, come le pile e le spalle di ponti, viadotti, sottopassi stradali ecc.

CLASSE XD2: per calcestruzzi armati immersi in acque contenenti cloruri, raramente asciutti quali vasche di contenimento per liquidi industriali contenenti cloruri, piscine, terreni contenenti cloruri.  

CLASSE XD3: per  calcestruzzi armati di strutture direttamente soggette ai sali disgelanti. Tra gli elementi strutturali interessati ricordiamo: pavimentazioni di parcheggi, parti di ponti gallerie e opere stradali in genere direttamente bagnate da acque contenenti cloruri o soggette a spruzzi. Anche le opere non strutturali per il deflusso delle acque devono essere prescritte in questa classe.    


Per le strutture collocate in prossimità del mare le norme prevedono le seguenti sottoclassi:

CLASSE XS1: da considerare per i calcestruzzi armati distanti fino a 3 km dal mare: il trasporto dei cloruri in questo caso avviene attraverso l’aria, interessando tutte le strutture in prossimità delle coste.

 

 

CLASSE XS2:  è indicata per calcestruzzi armati totalmente immersi in acqua marina, in cui è presente anche il degrado dovuto all’azione abrasiva delle correnti.

CLASSE XS3: quando i calcestruzzi in ambiente marino si trovano in condizioni cicliche di asciutto e bagnato, come i calcestruzzi esposti alla battigia, le azioni aggressive sono maggiori. Questa classe, quindi deve essere scelta per tutte le strutture portuali a diretto contatto dell’acqua di mare e sottoposte agli spruzzi e all’azione meccanica delle onde.

 

Degrado del calcestruzzo per l’azione dirompente dei cicli di gelo-disgelo (Classe XF)

Esiste un degrado del calcestruzzo di tipo fisico che è provocato dai cicli di gelo e disgelo, e avviene in ambienti con clima freddo e umido, che si innesca quando il calcestruzzo ha un certo grado di saturazione d’acqua. L’aumento di volume ciclico dell’acqua che si trasforma in ghiaccio, all’intero dei pori capillari del cls, determina un’azione dirompente che degrada il calcestruzzo nel tempo. Per le classi XF la norma prevede anche l’eventuale utilizzo dei sali disgelanti che, oltre a corrodere i ferri di armatura, contribuisce ad amplificare gli effetti distruttivi del gelo sul calcestruzzo.

CLASSE XF1: questa sottoclasse è prevista per elementi strutturali esposti a clima rigido come ad esempio pilastri, colonne, muri e travi direttamente esposte all’ambiente esterno. In tal caso pur essendo esposte alla pioggia e al gelo non si prevede l’utilizzo di sali disgelanti, come ad esempio per le facciate verticali degli edifici.    

CLASSE XF2: per tutti gli elementi verticali di infrastrutture stradali, in presenza di clima rigido, occorre fare riferimento alle prescrizioni di questa sottoclasse, in quanto esiste la probabilità che essi siano esposti all’azione diretta ed indiretta dei sali disgelanti, es. travi e pile di ponti o viadotti, muri di sostegno ecc.

CLASSE XF3: si riferisce a calcestruzzi di orizzontali ma non soggetti all’azione dei Sali, come ad esempio terrazzi, salconi, elementi a sbalzo, coperture piane ecc. In tal caso le prescrizioni per il cls sono più restrittive rispetto alla XF1, che si riferisce agli elementi verticali, in quanto per gli elementi orizzontali si prevede un grado di saturazione d’acqua, pertanto l’effetto del gelo può essere più intenso.

CLASSE XF4: per quanto riguarda gli ambienti caratterizzati da clima rigido, questa classe prevede il grado più severo di aggressione; si riferisce infatti a tutti gli elementi orizzontali in cui è previsto l’utilizzo di sali disgelanti, esempio: superfici orizzontali quali strade o pavimentazioni, parcheggi ecc.  


Come prescrivere la durabilità del calcestruzzo cosa sono le classi di esposizione ambientali che cosa è cos'è la vita utile di servizio di un'opera di un elemento strutturale gli elementi strutturali.  Cosa sono le classi di vita utile?