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Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “G. Natta” Politecnico di Milano La progettazione della durabilità Luca Bertolini Politecnico di.

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Presentazione sul tema: "Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “G. Natta” Politecnico di Milano La progettazione della durabilità Luca Bertolini Politecnico di."— Transcript della presentazione:

1 Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “G. Natta” Politecnico di Milano La progettazione della durabilità Luca Bertolini Politecnico di Milano Convegno AICAP, “La Durabilità delle strutture in calcestruzzo” Ancona, 27 febbraio 2007

2 Una struttura deve essere progettata in modo tale che il degrado che si dovesse verificare durante la sua vita utile di progetto non riduca le prestazioni della struttura al disotto del livello previsto, tenendo conto in modo adeguato del suo ambiente e del livello di manutenzione anticipata. (UNI EN 1990) La durabilità La Durabilità, definita come conservazione delle caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali e delle strutture, è una proprietà essenziale affinché i livelli di sicurezza vengano garantiti durante tutta la vita utile di progetto dell'opera. La durabilità è funzione dell'ambiente in cui la struttura vive e del numero di cicli di carico cui la struttura potrà essere sottoposta. (Norme tecniche sulle costruzioni)

3 1. Corrosione e vita utile 2. Fattori di progetto 3. Approccio standard 4. Approccio prestazionale La prevenzione della corrosione

4 1. Corrosione e vita utile 2. Fattori di progetto 3. Approccio standard 4. Approccio prestazionale La prevenzione della corrosione

5 Innesco della corrosione Fessurazione del calcestruzzo Penetrazione della corrosione Tempo Corrosione delle armature e vita utile

6 Innesco della corrosione Fessurazione del calcestruzzo Distacco del calcestruzzo Penetrazione della corrosione Tempo Corrosione delle armature e vita utile

7 Innesco della corrosione Fessurazione del calcestruzzo Distacco del calcestruzzo Collasso della struttura Penetrazione della corrosione Tempo Corrosione delle armature e vita utile

8 Penetrazione della corrosione Tempo Corrosione delle armature e vita utile titi tptp Vita di servizio t u = t i + t p

9 Tempo (t) Profondità di carbonatazione H2OH2O CO 2 c Corrosione da carbonatazione

10 Profondità di carbonatazione H2OH2O CO 2 c Tempo (t) Corrosione da carbonatazione

11 Profondità di carbonatazione H2OH2O CO 2 c Tempo (t) Corrosione da carbonatazione

12 Profondità di carbonatazione H2OH2O CO 2 c titi c t c K i        2 Tempo di innesco: Tempo (t) Corrosione da carbonatazione

13 Profondità di carbonatazione H2OH2O CO 2 c titi c Tempo (t) t c K i        2 Tempo di innesco: Corrosione da carbonatazione

14 Profondità di carbonatazione H2OH2O CO 2 c titi c Tempo di propagazione (t p ): - velocità di corrosione (V corr ) - penetrazione limite (P lim ) t P V p lim  corr Tempo (t) t c K i        2 Tempo di innesco: Corrosione da carbonatazione

15 K c P lim V corr Corrosione da carbonatazione

16 Ambiente/microclima K c P lim V corr

17 Corrosione da carbonatazione Ambiente/microclima Calcestruzzo Ambiente interno Carbonatazione accelerata K c P lim V corr

18 Corrosione da carbonatazione Ambiente/microclima Calcestruzzo K c P lim V corr

19 Corrosione da carbonatazione Ambiente/microclima Calcestruzzo K c P lim V corr Geometria c d c d Calcestruzzo

20 Corrosione da carbonatazione Ambiente/microclima Calcestruzzo Ambiente/microclima K c P lim V corr Geometria Calcestruzzo Umidità relativa (%) Velocità di corrosione (  m/anno) 0% Cl - 0.4% Cl - 1% Cl - 0% Cl - 0.4% Cl - 1% Cl -

21 Cloruri Profondità H2OH2O Cl - c Corrosione da cloruri Tenore critico Cl cr

22 Profondità H2OH2O Cl - c Cloruri Corrosione da cloruri Tenore critico Cl cr

23 Profondità H2OH2O Cl - c Cloruri Corrosione da cloruri Tenore critico Cl cr

24 Profondità H2OH2O Cl - c Tenore critico Cl cr Vita di servizio t u  t i Cloruri Corrosione da cloruri

25 Profondità Cloruri Tenore critico Cl cr c t = t i II legge di Fick: t = 28 anni

26 Corrosione da cloruri D app C s Cl cr c Calcestruzzo Ambiente/microclima Profondità Cloruri Tenore critico Cl cr c t = t i

27 1. Corrosione e vita utile 2. Fattori di progetto 3. Approccio standard 4. Approccio prestazionale La prevenzione della corrosione

28 Penetrazione della corrosione Tempo titi tptp Vita di servizio t u = t i + t p Fattori di progetto della durabilità

29 Vita di servizio t u = t i + t p Azioni meccaniche Azioni ambientali Protezioni aggiuntive Progetto della struttura Spessore di copriferro Ispezione e manutenzione programmate Proprietà del calcestruzzo

30 Tempo Profondità di carbonatazione a/ca/c copriferro t i,1 t i,2 t i,3 stagionatura Fattori di progetto della durabilità Proprietà del calcestruzzo - Rapporto a/c - Stagionatura - Tipo di cemento / aggiunte - Contenuto di cemento - Additivi - Lavorabilità - Posa in opera - Resistenza a compressione - Calcestruzzi speciali (SCC, HPC,...)

31 % sostituzione D (m 2 /s) Calcare Fly ash Fattori di progetto della durabilità Proprietà del calcestruzzo - Rapporto a/c - Stagionatura - Tipo di cemento / aggiunte - Contenuto di cemento - Additivi - Lavorabilità - Posa in opera - Resistenza a compressione - Calcestruzzi speciali (SCC, HPC,...)

32 Fattori di progetto della durabilità Proprietà del calcestruzzo - Rapporto a/c - Stagionatura - Tipo di cemento / aggiunte - Contenuto di cemento - Additivi - Lavorabilità - Posa in opera - Resistenza a compressione - Calcestruzzi speciali (SCC, HPC,...) Proprietà effettive del calcestruzzo in opera  controlli

33 Fattori di progetto della durabilità Vita di servizio t u = t i + t p Azioni meccaniche Azioni ambientali Protezioni aggiuntive Progetto della struttura Spessore di copriferro Ispezione e manutenzione programmate Proprietà del calcestruzzo

34 Spessore di copriferro Uno spessore molto alto può avere un comportamento peggiore rispetto a quello atteso (es. maggiore apertura delle fessure). Spessore effettivo in opera Fattori di progetto della durabilità

35 Vita di servizio t u = t i + t p Azioni meccaniche Azioni ambientali Protezioni aggiuntive Progetto della struttura Spessore di copriferro Ispezione e manutenzione programmate Proprietà del calcestruzzo

36 Drenaggio Fattori di progetto della durabilità Progetto della struttura

37 Fattori di progetto della durabilità Progetto della struttura

38 Fattori di progetto della durabilità Progetto della struttura

39 Fattori di progetto della durabilità Vita di servizio t u = t i + t p Azioni meccaniche Azioni ambientali Protezioni aggiuntive Progetto della struttura Spessore di copriferro Ispezione e manutenzione programmate Proprietà del calcestruzzo

40 Fattori di progetto della durabilità Vita di servizio t u = t i + t p Azioni meccaniche Azioni ambientali Protezioni aggiuntive Progetto della struttura Spessore di copriferro Ispezione e manutenzione programmate Proprietà del calcestruzzo

41 1. Corrosione e vita utile 2. Fattori di progetto 3. Approccio standard 4. Approccio prestazionale La prevenzione della corrosione

42 Approccio standard Vita di servizio t u = t i + t p Azioni meccaniche Azioni ambientali Protezioni aggiuntive Progetto della struttura Spessore di copriferro Ispezione e manutenzione programmate Proprietà del calcestruzzo

43 1 1 - Nessun rischio di corrosione o di attacco Corrosione causata da carbonatazione Corrosione causata da cloruri Corrosione causata da cloruri provenienti dall’acqua di mare Attacco da gelo-disgelo Attacco chimico UNI EN Classi d’esposizione

44 Classe di esposizione Nessun rischioX0 Corrosione da XC1 (secco/saturo) carbonatazioneXC2(sempre umido) XC3 (mod. umido) XC4 (cicli bagn.) Corrosione da cloruriXS1 (sulla costa) da acqua di mareXS2 (sommerso) XS3 (spruzzi) Corrosione da cloruriXD1 (mod. umido) da altre fontiXD2 (umido) XD3 (cicli bagn.) UNI EN 206-1

45 UNI EN Valori limite raccomandati Classe di esposizione Max.Min.Min. cem. a/cresist.(kg/m 3 ) Nessun rischioX0-C12/15- Corrosione da XC1 (secco/saturo) 0,65C20/25260 carbonatazioneXC2(sempre umido)0,60C25/30280 XC3 (mod. umido) 0,55C30/37280 XC4 (cicli bagn.) 0,50C30/37300 Corrosione da cloruriXS1 (sulla costa) 0,50C30/37300 da acqua di mareXS2 (sommerso)0,45C35/45320 XS3 (spruzzi) 0,45C35/45340 Corrosione da cloruriXD1 (mod. umido)0,55C30/37300 da altre fontiXD2 (umido)0,55C30/37300 XD3 (cicli bagn.)0,45C35/ ) nel presupposto di una vita utile di 50 anni 2) per CEM I (32,5)

46 Classe di esposizione Nessun rischioX0 Corrosione da XC1 (secco/saturo) carbonatazioneXC2(sempre umido) XC3 (mod. umido) XC4 (cicli bagn.) Corrosione da cloruriXS1 (sulla costa) da acqua di mareXS2 (sommerso) XS3 (spruzzi) Corrosione da cloruriXD1 (mod. umido) da altre fontiXD2 (umido) XD3 (cicli bagn.) UNI 11104

47 UNI Valori limite Classe di esposizione Max.Min.Min. cem. a/cresist.(kg/m 3 ) Nessun rischioX0-C12/15- Corrosione da XC1 (secco/saturo) 0,60C25/30300 carbonatazioneXC2(sempre umido)0,60C25/30300 XC3 (mod. umido) 0,55C28/35320 XC4 (cicli bagn.) 0,50C32/40340 Corrosione da cloruriXS1 (sulla costa) 0,50C32/40340 da acqua di mareXS2 (sommerso)0,45C35/45360 XS3 (spruzzi) 0,45C35/45360 Corrosione da cloruriXD1 (mod. umido)0,55C28/35320 da altre fontiXD2 (umido)0,50C32/40340 XD3 (cicli bagn.)0,45C35/ ) nessuna indicazione della vita utile 2) per tutti i cementi della UNI EN 197-1

48 Prescrizioni sul calcestruzzo (minimo per 50 anni) - classe di resistenza - classe di esposizione - classe di consistenza - dimensione massima dell’aggregato C25/30 S3 XC2 30 mm

49 Classi X0 e XC1: - almeno 12 ore Altre classi: - finché non si raggiunge il 50% della resistenza richiesta a 28 giorni UNI ENV Durata della stagionatura Sviluppo della resistenza del calcestruzzo: r = R cm2 /R cm28 Temperatura della super- ficie del calcestruzzo (T): Rapido r  0.50 Medio r = 0.30 Lento r = 0.15 Molto lento r  0.15 T  > T  > T  > T  Tempo di stagionatura (giorni)

50 UNI EN (Eurocodice 2) - Spessore di copriferro Classe di esposizioneMinimo spessore di copriferro (mm) (*) c.a.c.a.p. Nessun rischioX010 Corrosione da carbonatazione XC11525 XC2, XC32535 XC43040 Corrosione da cloruri XS1, XD13545 XS2, XD24050 XS3, XD34555 (*) In funzione della “classe strutturale”

51 1. Corrosione e vita utile 2. Fattori di progetto 3. Approccio standard 4. Approccio prestazionale La prevenzione della corrosione

52 Approccio prestazionale richiesta di una vita di servizio elevata, elevata aggressività ambientale (es. parti critiche della struttura, zona degli spruzzi,...) inaccessibilità della struttura per controlli, elevati costi diretti o indiretti di manutenzione. Metodi deterministici  Metodi probabilistici

53 Approccio prestazionale Esempio: Valutazione del tempo di innesco della corrosione da cloruri g =R(t) - S(t) Profondità Cloruri Tenore critico copriferro Funzione dello stato limite:

54 Approccio prestazionale - DuraCrete Valore di progetto del tenore critico di cloruri Valore di progetto della concentrazione superficiale di cloruri Valore di progetto dello spessore di copriferro Valore di progetto della resistenza alla penetrazione dei cloruri Valutazione del tempo di innesco della corrosione da cloruri Probabilistic Performance Based Durability Design of Concrete Structures g =R(t) - S(t)

55 Approccio prestazionale - DuraCrete Tenore critico di cloruri Concentrazione superficiale di cloruri Valore di progetto dello spessore di copriferro Valore di progetto della resistenza alla penetrazione dei cloruri Resistenza alla penetrazione determinata al tempo t 0 con una prova di conformità Cl - +- no Cl - cls

56 Approccio prestazionale - Limiti - Definizione dei parametri di calcolo del modello - Individuazione delle procedure per le prove di conformità - Attendibilità dei fattori correttivi - Verifica dei risultati a lungo termine


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