Lodrone 22 febbraio 2014

LA DURABILITA' DELLE STRUTTURE IN CALCESTRUZZO Betonscavi srl Addiment Italia srl Buzzi Unicem spa Relatori: Piovanelli Andrea Beltrami Johnny Spada Roberto

Argomenti trattati: Degrado del calcestruzzo Classi di esposizione ambientale Classi di resistenza Lavorabilita’ del calcestruzzo Pavimentazioni industriali e posa in opera del calcestruzzo Listino e calcestruzzi speciali

Degrado del calcestruzzo

Degrado del calcestruzzo

Degrado del calcestruzzo

Degrado del calcestruzzo Le costruzioni in calcestruzzo possono essere circondate da ambienti diversi: atmosfera acqua terreno

Atmosfera L'aria contiene elementi suscettibili di attaccare o di determinare le condizioni di aggressione del calcestruzzo armato: anidride carbonica ossigeno

Espulsione del copriferro Anidride carbonica L'azione dell'anidride carbonica sul conglomerato cementizio è poco pericolosa, mentre risulta determinate nei confronti della corrosione delle armature metalliche. il fenomeno chimico si verifica sulla superficie del calcestruzzo a contatto con l'aria, consiste nella combinazione dell'idrossido di calcio, proveniente dalla pasta di cemento indurita, con l'anidride carbonica, formando carbonato di calcio che determina la carbonatazione. In queste condizioni il ferro d'armatura non è più passivato e in presenza di umidità e ossigeno si ossida e si corrode. Espulsione del copriferro

Ossigeno L'ossigeno è innocuo nei riguardi del calcestruzzo, ma successivamente ai fenomeni di carbonatazione corticale (assenza di passivazione dei ferri superficiali), provoca l’ossidazione delle armature. Successivamente l’ossido di ferro (ruggine), in presenza di acqua libera presente nella pasta cementizia, idrata, producendo fenomeni espansivi in grado di distaccare il copriferro.

Acqua L'azione dell'acqua sul calcestruzzo è in genere indiretta, sia che agisca come veicolo di altre sostanze aggressive sia che, mantenendo il conglomerato cementizio saturo, favorisca gli effetti dei cicli di gelo e disgelo. Acque pure Acque contenenti anidride carbonica Acque solfatiche Acque con cloruri non marine Acque marine

Acque pure Le acque pure , possono essere di origine naturale o industriale. Un esempio sono le acque dei bacini montani, che raccolgono le acque dei ghiacciai e che possono venire in contatto con opere di sbarramento in calcestruzzo armato. Queste acque solubilizzano ed asportano (dilavamento) l'idrossido di calcio, che è leggermente solubile in acqua.

Acque pure L'idrossido di calcio costituisce il 20-25% in peso della pasta del cemento Portland e la sua rimozione lascia dietro di sé dei vuoti che provocano un aumento della permeabilità del calcestruzzo, indebolendo così la struttura ed esponendola ad ulteriori attacchi da parte degli agenti aggressivi. Inoltre l'asportazione della calce porta anche ad una riduzione della resistenza meccanica a compressione del calcestruzzo; tale riduzione è dell'ordine del 1-2% per ogni 1% di idrossido di calcio dilavato.

Acque contenenti anidride carbonica L'anidride carbonica è solubile in acqua ed è quindi inevitabilmente presente in tutte le acque naturali. Quest'ultima è nociva in quanto trasforma l'idrossido di calcio in carbonato di calcio, notevolmente solubile. In tutti i casi in cui vi è il pericolo di dilavamento della calce si devono usare calcestruzzi a prestazioni particolari resistenti al dilavamento.

Acque solfatiche Si tratta prevalentemente di acque naturali (acque meteoriche, sotterranee, sorgive, ecc.) che attraversano suoli argillosi, con possibili inquinanti locali (terreni gessosi) . In caso di attacco solfatico, è preferibile utilizzare cementi resistenti ai solfati, i quali hanno un basso contenuto di C3A. Oppure cemento pozzolanico o cementi al calcare con aggiunte di fumo di silice. Ettringite secondaria

Acque con cloruri non marine Le acque con cloruri non marine sono le acque che disciolgono e trasportano i sali disgelanti utilizzati sulle strade, autostrade, aeroporti, ecc., durante l'inverno per la rimozione del ghiaccio. Il cloruro di calcio reagisce con l’ossido di calcio formando ossicloruro di calcio, espansivo e, successivamente solubile in acqua. Inoltre, il cloro, penetrando nella massa del calcestruzzo raggiunge le armature metalliche, riducendo rapidamente la sezione dei ferri di armatura, in seguito a fenomeni di corrosione elettrochimica.

Acque marine L'acqua di mare rappresenta l'ambiente naturale più aggressivo per il calcestruzzo armato sia per la vastità del fenomeno sia per la quantità dei meccanismi degradanti. Infatti il calcestruzzo nelle opere marine può essere aggredito attraverso diversi meccanismi che possono essere di natura meccanica, fisica e chimica e che tendono a ridurne il grado di durabilità. Tra questi attacchi i principali, che influiscono sul processo di degradazione sia del calcestruzzo che del ferro di armatura, sono quelli già descritti in precedenza

Suolo Il terreno può contenere sostanze aggressive di vario tipo, essenzialmente solfati e cloruri. Un agente aggressivo nel terreno diventa pericoloso per il calcestruzzo solo per la presenza di acqua nel sottosuolo, che solubilizza e trasporta il sale aggressivo all'interno del calcestruzzo interrato aggredendolo. In generale nei terreni si determinano essenzialmente i fenomeni ed effetti già descritti per le acque, ma il degrado riguarda normalmente il calcestruzzo e non l'armatura perché l'ossigeno penetra nel sottosuolo con molte difficoltà.

Degrado del calcestruzzo dovuto a cause fisiche esterne Le cause fisiche di degrado del calcestruzzo sono imputabili sostanzialmente ai due seguenti fenomeni: variazioni di temperature variazioni di umidità relativa

Variazioni di temperatura variazioni termiche naturali (gelo - disgelo). variazioni termiche artificiali (incendio).

Attacco gelo - disgelo A temperature inferiori a 0 °C l'acqua contenuta nei pori del calcestruzzo può congelare con conseguente aumento di volume circa il 9%. Se il grado di saturazione del calcestruzzo è superiore al 91,7% (grado di saturazione critica) l'aumento di volume dell'acqua provocato dal congelamento non è più in grado di essere contenuto all'interno nei pori non ancora saturi di acqua. In queste condizioni si generano all'interno del conglomerato delle pressioni capaci di distruggere progressivamente il calcestruzzo, soprattutto se il fenomeno si ripete ciclicamente.Il fenomeno degradante si manifesta sotto forma di fessurazioni, sfaldamenti e distacchi superficiali.

Incendio La pasta di cemento possiede caratteristiche elasto meccaniche leggermente diversa da quello dell’aggregato. La conseguenza di questa situazione è l'insorgere di microfessure tra pasta – aggregato; sotto l'azione prolungata del fuoco, la temperatura del calcestruzzo raggiunge temperature oltre 700 °C, avviene quindi un forte aumento di pressione interna dovuta all’evaporazione dell’acqua della pasta cementizia che si accompagna spesso a un effetto dirompente che provoca il distacco del copriferro e la diretta esposizione dei ferri di armatura. In caso di incendio riveste un ruolo fondamentale il copriferro quale protezione termica delle armature.

Variazioni di umidità Quando l'umidità relativa dell'ambiente scende sotto il 95% il calcestruzzo tende ad essiccarsi (ritiro). L'essiccamento è più intenso nella parte più superficiale, che di conseguenza subisce un ritiro più marcato della parte più interna. Questa situazione fa insorgere delle tensioni che superano la resistenza a trazione del calcestruzzo e insorgono le fessure. Dalle fessure si può innescare un processo di degrado delle strutture poiché attraverso queste trovano facile accesso sia l'aria (ossigeno, anidride carbonica) che l'umidità.

Durabilità La progettazione moderna di un'opera non si può limitare alle caratteristiche meccaniche conseguite dai materiali nella struttura, ma deve anche possedere requisiti di durabilità in relazione all’ambiente cui è esposta nella sua vita in servizio. A tal proposito le norme di riferimento sulla durabilità hanno esaminato le varie cause del degrado chimico, fisico-meccanico delle opere in calcestruzzo armato. In particolare, sono stati esaminati i fenomeni di degrado connessi con l’ossidazione dei ferri d’armatura, con l’attacco solfatico, con le reazioni alcali aggregato, oltre che con le fessurazioni indotte dal ritiro igrometrico, dai gradienti termici a dai cicli di gelo-disgelo.

Durabilità Relativamente alle causa di degrado la norma UNI EN 206 -2006 così come modificata ed integrata dalla UNI 11104:2004 (per l'applicazione in Italia della EN 206), per la prima volta ha stabilito sia i criteri per valutare i rischi di queste patologie attraverso la definizione di classi di esposizione ambientale, sia le misure preventive per evitarli attraverso vincoli compositivi nel calcestruzzo (massimo rapporto acqua/cemento, minimo dosaggio di cemento, ecc.) e prevede quanto segue:

Classi di esposizione ambientale X0

Classi di esposizione ambientale XC1-XC2-XC3-XC4

Classi di esposizione ambientale

Classi di esposizione ambientale

Classi di esposizione ambientale XF1-XF2-XF3-XF4

Classi di esposizione ambientale

Classi di esposizione ambientale

Classi di esposizione ambientale XD1-XD2-XD3

Classi di esposizione ambientale

Classi di esposizione ambientale XA1-XA2-XA3

Classi di esposizione ambientale

Classi di esposizione ambientale UNI 11104

Classi di resistenza

Classi di resistenza Le classi di resistenza minime (N/mm2) sono espresse con due valori, riferiti il primo a provini cilindrici di diametro 150 mm ed altezza 300 mm (fck) e il secondo a provini cubici di spigolo pari a 150 mm (Rck).

Lavorabilita’ del calcestruzzo

Lavorabilita’ del calcestruzzo

Lavorabilita’ del calcestruzzo

Lavorabilita’ del calcestruzzo Calcestruzzo con aggiunta d'acqua

Lavorabilita’ del calcestruzzo

Lavorabilita’ del calcestruzzo Calcestruzzo con aggiunta di additivo

Lavorabilita’ del calcestruzzo Calcestruzzo con acqua Calcestruzzo con additivo

Lavorabilità del calcestruzzo Risultati impasti con aggiunta d’acqua e con aggiunta di additivo Cemento al mc: 300 kg Tipo 42,5 R II A/LL Rapporto a/c iniziale dopo aggiunta d'acqua dopo aggiunta d'additivo 0,53 0,74 Slump 40 mm 180 mm 230 mm Resistenze 1 giorno 7 giorni 28 giorni Con aggiunta d'acqua 8,7 Mpa 14,9 Mpa 23,6 Mpa Con additivo 17,3 Mpa 35,7 Mpa 42,7 Mpa 

Rapporto a/c

Copriferro

Pavimenti industriali e posa in opera I pavimenti industriali sono strutture la cui realizzazione necessita di apposita progettazione e di una composizione del calcestruzzo specifica.

Pavimenti industriali e posa in opera La progettazione del calcestruzzo per pavimenti presuppone, oltre allo studio dei componenti idonei, all’armatura ed ai tagli corretti, anche la scelta degli additivi atti a mantenere il tempo della lavorazione all’interno del periodo stabilito dai codici di buona pratica di realizzazione delle pavimentazioni.

Pavimenti industriali e posa in opera La scelta dell’additivo specifico è determinante per la buona riuscita della pavimentazione.

Pavimenti industriali e posa in opera Lavorabilità del calcestruzzo:

Pavimenti industriali e posa in opera L’ottimizzazione del calcestruzzo è anche funzione del Dmax degli inerti. D max < spessore piastra * 0,25

Pavimenti industriali e posa in opera La corretta posa in opera del calcestruzzo (assenza di aggiunte d’acqua e corretta vibrazione) presuppone la riduzione del fenomeno di risalita d’acqua detto bleeding.

Pavimenti industriali e posa in opera La riduzione del bleeding si può ottenere anche grazie all’aggiunta di fumo di silice sferoidale

Pavimenti industriali e posa in opera Stagionatura del calcestruzzo Si noti come l’aumentare della permanenza del calcestruzzo in ambiente umido, aumenta la tendenza della resistenza meccanica ad un valore massimo. Un calcestruzzo giovane, se non adeguatamente protetto tende ad essiccarsi rapidamente con aumento della porosità interna e diminuzione delle resistenze.

Pavimenti industriali e posa in opera Stagionatura del calcestruzzo

Pavimenti industriali e posa in opera Il ritiro varia in funzione del tipo di stagionatura. Migliore è quest’ultima, inferiore sarà la deformazione del calcestruzzo con riduzione/eliminazione delle fessurazioni

Pavimenti industriali e posa in opera Stagionatura con agenti antievaporanti La protezione con agenti antievaporanti dopo la posa in opera è utile per evitare la rapida evaporazione dell’acqua di impasto con conseguente formazione di fessurazioni da ritiro plastico

Pavimenti industriali e posa in opera Il corretto rapporto a/c non solo è importante per le resistenze meccaniche, ma influenza in maniera determinante il ritiro del calcestruzzo

Pavimenti industriali e posa in opera Spessore del pavimento e riduzione del ritiro

Pavimenti industriali e posa in opera Quantità di armatura Lo 0,15% equivale a due reti elettrosaldate Ø 5 passo 200 su pavimento da 300 mm. La posizione delle armature è determinante al fine dell’efficacia stessa.

Pavimenti industriali e posa in opera Corretta esecuzione dei giunti

Listino

Grazie per l’attenzione