Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Dipartimento Ingegneria Civile Edile ed Ambientale - Università degli Studi di Napoli Federico II Ponte di Vivara – Procida (Na) - Foto: R.Castelluccio (2005)

Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture. Ing Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Ponte di Vivara – Procida (Na) – Dettagli Degrado Cls Foto: R.Castelluccio (2005)

Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture. Ing Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio

Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture. Ing Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Galleria di Capodimonte – Dettagli Degrado Cls Foto: R.Castelluccio (2005) Galleria di Capodimonte – Dettagli Degrado Cls Foto: R.Castelluccio (2005)

Le Cause del Degrado del Cls Armato Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Le Cause del Degrado del Cls Armato I - Strutturali: Resistenze meccaniche – Sovraccarichi – Regime dei Vincoli II - Chimiche: Solfati – Cloruro – Anidride Carbonica III - Fisiche: Gelo - Disgelo – Ritiro Plastico IV - Meccaniche: Abrasione – Erosione – Urto - Esplosione V - Biologiche: Muschi - Alghe - Funghi

II Chimiche II.I - I Solfati Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio II Chimiche II.I - I Solfati Aggrediscono la pasta cementizia producendo notevoli rigonfiamenti e conseguente fessurazione e disgregazione. Gli ioni solfati ( SO4= ) presenti nel terreno e nell’acqua penetrano all’interno della pasta cementizia, dando luogo a reazioni chimiche con l’idrossido di calce [Ca(OH)2] e con l’alluminato idrato di calcio che portano alla formazione di: Gesso bi – idrato - Ettringite – Thaumasite Fessurazione per Formazione di Ettringite Provino immerso in Ambiente solfatico Disgregazione per Formazione di Thaumasite Clima con basse temperature ed alta umidità. Il Calcestruzzo vulnerabile – M.Collepardi

Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture. Ing Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio II.II – I Cloruri Aggrediscono sia la pasta cementizia sia le armature sia gli inerti, producendo fessurazione, distacchi ed ossidazione I cloruri (CaCl2 – NaCl) sono presenti nell’acqua del mare e nei sali disgelanti utilizzati come antighiaccio per le sedi stradali. Sono trasportati dall’acqua per imbibizione o per capillarità Danno luogo: Delaminazione della pasta cementizia[CaCl2] Distacco tra gli inerti e la matrice di cemento degradata dalla reazione: 3CaCl2+Ca(OH)2+14 H2O Ossicloruro di calcio idrato La penetrazione dell’acqua è determinata dalla porosità del cls e quindi dal rapporto acqua/cemento e dallo spessore del copriferro Il Calcestruzzo vulnerabile – M.Collepardi

Ossidazione localizzata delle armature [Pitting] Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Ossidazione localizzata delle armature [Pitting] Le armature inglobate nel Cls sono naturalmente passivate dall’ambiente basico o alcalino (ph>11). La penetrazione dei cloruri contamina il Cls, determina la degenerazione del il film protettivo delle armature e favorisce l’ossidazione delle armature mediante la trasformazione: Ferro (Fe) + Acqua (H2O) + Ossigeno (O2) in Ossido di Ferro: (Fe203) – [Fe (OH)2] – [Fe(OH)3] Il Calcestruzzo vulnerabile – M.Collepardi Gli ossidi hanno un volume molto superiore (fino a 6 volte) a quello del ferro per cui provocano l’espulsione del copriferro.

II.III – L’Anidride Carbonica Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio II.III – L’Anidride Carbonica Aggredisce sia la pasta cementizia sia le armature, producendo perdita delle caratteristiche alcaline del conglomerato ed ossidazione diffusa dell’armatura. L’anidride carbonica (CO2 ) presente nell’atmosfera, penetra nel Cls in forma gassosa e tende a neutralizzare l’ambiente alcalino, determinando la perdita delle condizioni di protezione delle armature e dando luogo ai fenomeni di: Carbonatazione del Calcestruzzo - Ossidazione delle armature La reazione chimica: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O produce un abbassamento del valore del ph al disotto di 11 ed espone le armature, in presenza di ossigeno ed acqua: al fenomeno della corrosione diffusa - alla riduzione della sezione resistente - all’aumento di volume ed espulsione del copriferro Serbatoio pensile Casoria – Dettagli Degrado Cls ed Armatura Foto: R.Castelluccio (2003)

Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture. Ing Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Il fenomeno della carbonatazione si attiva nelle zone superficiali e penetra verso l’interno con velocità che dipende dal rapporto (Acqua/Cemento), dalla porosità del Cls e dallo spessore del copriferro. La profondità della carbonatazione si verifica con la prova della fenolftaleina che indica, colorandoli di rosa, gli strati con ph superiore ad 11. Ponte di Vivara – Procida (Na) – Dettaglio Pulvino Foto: R.Castelluccio (2005)

III Fisiche III.I Gelo e Disgelo Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio III Fisiche III.I Gelo e Disgelo Coinvolge la pasta cementizia ed i pori, producendo stati di tensione interna, rigonfiamenti e conseguente fessurazione. Quando la temperatura interna al Cls scende sotto il valore di 0°C l’acqua contenuta nei pori può congelare ed aumentare il suo volume di circa il 9%, innescando un sistema di tensioni interne che se ciclicamente ripetute possono portare il calcestruzzo alla disgregazione. Il fenomeno è attenuato dalla: - Bassa conduzione del Cls. - Presenza di Sali disciolti in acqua ed abbassamento crioscopico - Porosità e dai vuoti interni. Il fenomeno è generalmente limitato alla zona superficiale di strutture fortemente assoggettate a cicli termici

Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture. Ing Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio III.II Ritiro Plastico Il fenomeno interessa le superfici esposte all’aria e non casserate ed è determinato dall’evaporazione dell’acqua nella fase plastica di presa ed indurimento. La contrazione volumetrica determina degli stati di sollecitazione interna di trazione che non sono tollerati dalle relative resistenze del conglomerato allo stato plastico. Lesioni da Ritiro Plastico di una parete verticale Lesioni da Ritiro Plastico di una pavimentazione

Durabilità del Cls Armato Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Durabilità del Cls Armato «Attitudine di un’opera a sopportare agenti aggressivi di diversa natura mantenendo inalterate le caratteristiche meccaniche e funzionali» (R.Iovino) Le NTC 2008 prescrivono al progettista: 1) Garantire una Vita Nominale di: - 50 anni per gli edifici di Classe d’uso II [Edifici e costruzioni con normali affollamenti, costruzioni senza funzioni pubbliche e sociali di rilevante importanza.] - 100 anni per gli edifici di Classe d’uso III e IV [Costruzioni con affollamenti significativi in esercizio] - [Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità.] 2) Determinare le caratteristiche del calcestruzzo da impiegare: composizione, resistenza meccanica, spessore del copriferro e regole di maturazione, per garantirne la durabilità prevista.

- le caratteristiche meccaniche (Rck); Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Al fine di garantire la durabilità ed evitare l’insorgere delle patologie degenerative del Cls Armato è necessario determinare, in funzione delle sollecitazioni, della destinazione d’uso e della esposizione agli agenti aggressivi: - le caratteristiche meccaniche (Rck); - la composizione granulometrica (mix design); la consistenza (S); - Il dosaggio di cemento; Il rapproto a/c; lo spessore del copriferro.

Caratteristiche Meccaniche Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche Meccaniche Le NTC 2008 definiscono le classi di resistenza in funzione dei valori di rottura dei: Provini cilindrici (fck) [D=15cm – H=30cm] Provini cubici (Rck) [L = 15cm] C 25/30 - fck = 25 N/mmq – Rck = 30 N/mmq Prova di schiacciamento Provino Cilindrico Foto Wikipedia Prova di schiacciamento Provino Cubico Foto Wikipedia Classi si resistenza e Tipologia di costruzione NTC 2008

Composizione Granulometrica Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Composizione Granulometrica La composizione granulometrica del Cls deve essere progettata in modo da rispettare la curva ideale del Fuller ed essere contenuta nel Fuso UNI. Un buon assortimento di inerti: riduce al minimo il volume dei vuoti, aumenta la resistenza meccanica, riduce la porosità, garantisce il confinamento delle armature (Dmax) Setacci Uni Fuso granulometrico

Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture. Ing Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Classe di Consistenza La consistenza è una caratteristica del Cls allo stato fluido: definisce l’attitudine della miscela ad essere sufficientemente lavorabile, occupare tutti gli spazi delle casseformi e penetrare tra le barre di armatura, senza modificare l’omogeneità e dar luogo a segregazione. Una adeguata classe di consistenza consente di ottenere un maggior grado di compattazione allo stato indurito, aumentare la resistenza meccanica, ridurre la porosità e confinare le armature. Influenza della consistenza sul tempo di vibrazione

Prova Slump test – Cono di Abrams Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Prova Slump test – Cono di Abrams Si riempe lo stampo tronco-conico con tre strati successivi, pari a circa 1/3 dell'altezza. Si costipa ogni strato con 25 colpi, dati con un pestello con punta arrotondata di lunghezza 61 cm. e diametro 16 mm. Dopo l'assestamento dell'ultimo strato e la successiva ricarica, si rasa e si liscia la superficie del calcestruzzo, si rimuove il cono e si misura l’abbassamento. Classe di consistenza per alcune tipologie strutturali Classe Slump (mm) Aspetto Applicazioni S1 10-40 Terra umida Pavimentazioni con vibrofinitrici S2 50-90 Plastica Strutture circolari con casseforme rampanti (silos, ciminiere, ecc.) S3 100-150 Semifluida Strutture non armate o poco armate o con pendenze S4 160-210 Fluida Strutture mediamente armate S5 > 220 Superfluida Strutture fortemente armate, di ridotta sezione o complessa geometria

Rapporto a/c – Dosaggio minimo di cemento – Spessore copriferro Degrado del Calcestruzzo armato e durabilità delle strutture Ing. Roberto Castelluccio Classe di Esposizione Rapporto a/c – Dosaggio minimo di cemento – Spessore copriferro La norma UNI 11104 e le Linee Guida del Consiglio Sup.LL.PP. definiscono sei Classi di Esposizione agli agenti aggressivi X0 Assenza di rischio XC Corrosione da Carbonatazione XD Corrosione da Cloruri ad esclusione di quelli di mare XS Corrosione da Cloruri di mare XF Degrado per gelo e disgelo XA Degrado chimico in funzione delle quali si determinano i valori minimi dei parametri

CARATTERISTICHE DELL’AMBIENTE CARATTERISTICHE DELLA MISCELA   Linee Guida UNI 11104 CLASSE ESPOSIZIONE Max rapporto A/C Minima Rck N/mm2 Minimo dosaggio CEM kg/m3 Minimo dosaggio C 1. Assenza di rischio di corrosione o attacco XO X0 15,00 2. Corrosione indotta da carbonatazione XC Asciutto o permanentemente bagnato XC1 0,60 30 280 300 Bagnato, raramente asciutto XC2 Umidità moderata XC3 0,55 37 35 320 Ciclicamente asciutto o bagnato XC4 0,50 37 - 40 40 340 M.Collepardi Durabilità del calcestruzzo secondo le linee guida del Ministero LL.PP.

CARATTERISTICHE DELL’AMBIENTE CARATTERISTICHE DELLA MISCELA   Linee Guida UNI 11104 CLASSE ESPOSIZIONE Max rapporto A/C Minima Rck N/mm2 Minimo dosaggio CEM kg/m3 Minimo dosaggio C 3. Corrosione indotta da cloruri XD Umidità moderata XD1 0,55 37 300 35 320 Bagnato raramente asciutto XD2 0,50 37 - 40 40 340 Ciclicamente secco e bagnato XD3 0,45 45 350 360 4. Corrosione indotta dai cloruri dell’acqua di mare XS Esposto alla salsedine marina ma non direttamente a contatto con l’acqua di mare XS1 Permanentemente sommerso XS2 Zone esposte agli spruzzi oppure alla marea XS3 0,40 370

CARATTERISTICHE DELL’AMBIENTE CARATTERISTICHE DELLA MISCELA   Linee Guida UNI 11104 CLASSE ESPOSIZIONE Max rapporto A/C Minima Rck N/mm2 Minimo dosaggio CEM kg/m3 Minimo dosaggio C 5. Attacco da cicli di gelo e disgelo XF Moderata saturazione Assenza di Sali disgelanti XF1 0,55 37 300 0,50 40 320 Presenza di Sali disgelanti XF2 37 - 40 30 340 Elevata saturazione XF3 XF4 0,45 45 350 35 360 6. Attacco chimico XA XA1 300* XA2 320* 340* XA3 0,40 370* 360*

Lo spessore del Corpiferro In relazione all’esposizione ambientale si definisce anche lo spessore del copriferro per le strutture in Cls. Armato ordinario e per quelle in Cls. Armato precompresso Classe di esposizione Carbonatazione XC1 (mm) XC2 XC3 XC4 Cls.A. ordinario 15 25 30 Cls.A. precompresso 35 40 Classe di esposizione XD Corrosione da Cloruri XD1 (mm) XD2 XD3 Cls.A. ordinario 45 Cls.A. precompresso 55 Classe di esposizione XS Corrosione da Cloruri di mare XS1 (mm) XS2 XS3 Cls.A. ordinario 45 Cls.A. precompresso 55

Classe di esposizione XF Cicli di gelo e disgelo XF1 XF2 XF3 XF4 Cls.A. ordinario 30 45 Cls.A. precompresso 40 55 Classe di esposizione XA Attacco Chimico XA1 XA2 XA3 c.a. ordinario 25 Cls.A. precompresso 35