La classe di esposizione XD

dossier
La classe di
esposizione XD
cemento
&
calcestruzzo
Maurizio Agostino
Le prescrizioni di capitolato per calcestruzzi
esposti all’azione aggressiva dei cloruri
D
opo la pausa doverosa per fare
il punto sugli avvenimenti del
SAIE 2008 in questo numero
della rivista si riprenderà la trattazione
delle classi d’esposizione ambientali.
Dopo aver approfondito la classe X0 e la
XC, con le relative sottoclassi, è ora la
volta della classe d’esposizione XD.
Essa fornisce le direttive per la progettazione e la messa in opera di un calcestruzzo in grado di sopportare l’attacco
chimico derivante dall’esposizione allo
ione cloruro (ad esempio quello contenuto nei sali disgelanti) eccezion fatta
per quello di provenienza marina per
il quale è stata prevista una classe ambientale strettamente dedicata. La classe
d’esposizione che si descriverà di seguito
prevede la presenza di altre 3 sottoclassi:
XD1, XD2, XD3.
Per fornire un quadro sufficientemente
preciso è necessario chiarire il fatto che
la sola presenza del cloruro non sarebbe
sufficiente, di per sé, ad innescare fenomeni d’alterazione del sistema calcestruzzo-ferro.
In realtà le reazioni degradanti s’innescano quando, sulla superficie delle armature, viene raggiunto un tenore di concentrazione dei sali tale da venir definito
“tenore critico” strettamente legato al potenziale delle armature. Tale potenziale
risulta legato, a sua volta, alla quantità di
ossigeno a contatto con la superficie delle
stesse armature. Ecco perché un calcestruzzo esposto all’atmosfera può subire
l’innesco del degrado anche in presenza
di modeste quantità di cloruro a causa del
fatto che l’ossigeno può raggiungere con
più facilità le barre di ferro.
Laddove, invece, il calcestruzzo risultasse saturo d’acqua si avrebbe una più
difficile penetrazione dell’ossigeno e
conseguente necessità di un più elevato
tenore critico.
Come è intuibile la concentrazione
dei cloruri all’interno di una sezione
di calcestruzzo non ha un andamento
lineare, ma presenta una concentrazione variabile in funzione della distanza
dalla superficie esterna: molto più elevata sullo strato corticale per decrescere
mano a mano che ci si allontani da essa
(Fig.2).
Figura 1- Schema riassuntivo per le classi d’esposizione secondo UNI 11104 ed UNI 206-1
X0 Assenza di rischio di corrosione o attacco
XC Corrosione derivante da carbonatazione
XD Corrosione derivante da cloruri ad esclusione di quelli di acqua marina
XS Corrosione derivante dai cloruri presenti nell’acqua marina
XF Attacco da cicli di gelo/disgelo con o senza presenza di sali disgelanti
XA Attacco chimico derivante da terreni o acque (secondo il Prospetto 2)
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Figura 2 - Schema raffigurante le concentrazioni di cloruro in una sezione di elemento strutturale
La propagazione dei cloruri all’interno
del calcestruzzo avviene attraverso differenti meccanismi quali la diffusione,
l’assorbimento per capillarità, la permeazione e la migrazione.
La diffusione si verifica quando la superficie di un calcestruzzo saturo d’acqua risulta a contatto con una soluzione
contenente i cloruri. In questo caso i pori
della pasta cementizia pieni d’acqua permettono la penetrazione dello ione cloruro. In generale tale fenomeno è regolato
dalla seconda Legge di Fick:
dove C rappresenta il contenuto di cloruri al tempo t ed alla distanza X dalla
superficie del calcestruzzo, mentre D è
il parametro che descrive la velocità di
diffusione dei cloruri.
La risalita per capillarità avviene quando la superficie di un calcestruzzo, non
completamente saturo d’acqua, arriva a
contatto con una soluzione contenente
cloruri. Tale soluzione viene assorbita
dal calcestruzzo stesso veicolando all’interno anche i cloruri in essa contenuti.
L’assorbimento capillare è detta sorbività (indicata con S) determinabile ponendo un campione di calcestruzzo essiccato
a contatto con acqua a pressione atmosferica. La massa di sostanza liquida
assorbita per unità di superficie (i) può
essere assunta come proporzionale alla
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radice quadrata del tempo t.
La permeazione si verifica per differenza
di pressione idraulica sulla superficie di
un calcestruzzo saturo.
La legge di Darcy descrive tale fenomeno come:
dove dq/dt rappresenta il flusso espresso
in m3/s, il termine H (espresso in metri)
rappresenta l’altezza differenziale della
colonna d’acqua sopra il campione, k
rappresenta il coefficiente di permeabilità (espresso in m/s), A la superficie
della sezione in metri quadrati ed L lo
spessore in metri.
La migrazione avviene attraverso fenomeni di campo elettrico. Infatti le
particelle cloruro risultano cariche elettricamente e quindi in grado di migrare
all’interno del calcestruzzo per opera di
un campo elettrico, rappresentato dalla
resistività elettrica del calcestruzzo.
Ci si scusa con i lettori se i temi trattati
potrebbero risultare descritti in maniera
approssimativa.
Tuttavia se è indubbio il fatto che essi
meritino una trattazione ben più approfondita è altresì vero che l’intento di chi
scrive è quello di fornire le informazioni
di massima per comprendere i meccani-
smi di degrado del sistema calcestruzzo-ferro. In questo senso l’autore resta
a disposizione di chi avrà la voglia e
la passione per approfondire maggiormente le tematiche esposte, unitamente
a molti testi scientifici disponibili nelle
librerie.
Da ultimo si spenderanno alcune righe
sul tema del tenore critico dei cloruri.
è bene precisare che nelle strutture per
le quali non vi è ostacolo all’apporto di
ossigeno alle strutture è possibile considerare zero (=0 V) il potenziale delle armature. Laddove il contenuto dei
cloruri in massa, rispetto al contenuto
di cemento, risulti inferiore a 0,4%, con
calcestruzzo non carbonatato ed un valore di pH>13, il rischio di corrosione è
trascurabile. Invece per tenori superiori
all’1% il rischio risulterà elevato. Per
calcestruzzi ben maturati e ben costipati
il tenore critico si avrà per valori superiori a 0,6%.
Si ricordi che gli unici cloruri dannosi
per il calcestruzzo sono quelli disciolti
nell’acqua contenuta nei pori ma non
quelli presenti nella matrice cementizia
(ad esempio quelli assorbiti dal gel C-SH o quelli legati all’alluminato tricalcico
per dare cloroalluminati.
Certamente i calcestruzzi messi in opera
a regola d’arte e quindi poco permeabili,
eventualmente confezionati con cementi
caratterizzati da pozzolana o scorie d’altoforno risultano davvero più durevoli.
Un aspetto davvero curioso è caratterizzato dal fatto che una medesima soluzione di cloruro posta a contatto con
due differenti tipi di calcestruzzo generi
diversi tenori critici. Tale peculiarità è
correlata al fatto che i cloruri legati chimicamente si legano a quelli disciolti in
soluzione in modalità differenti a seconda delle caratteristiche di ogni singolo
calcestruzzo.
Dalle informazioni fin qui fornite, appare evidente la grande importanza rappresentata dallo spessore del copriferro.
Esso rappresenta un vero e proprio strato
protettivo per le barre d’armatura: mag-
dossier
Classe d’esposizione
Attacco dei cloruri XD1
Attacco dei cloruri XD2
Attacco dei cloruri XD3
&
calcestruzzo
Come già esposto nelle prime righe la
classe d’esposizione descritta risulta suddivisa in altre 3 sottoclassi che si passerà
di seguito a descrivere.
Spessore del copriferro (in mm.)
C. A.
C. A. P.
35
45
40
50
45
55
Sottoclasse XD1
Tabella 1- Stralcio della Tabella 3 dell’Eurocodice 2 sullo spessore del copriferro
giore sarà il suo spessore minore sarà la
penetrazione dei cloruri all’interno della
sezione di calcestruzzo.
Per questo motivo nell’Eurocodice 2 è prevista una tabella d’aiuto in grado di fornire
lo spessore minimo del copriferro sia per
quanto riguarda i calcestruzzi precompressi che quelli preconfezionati.
Come ormai si sarà ben reso conto il
lettore, nonostante la diversità dei temi
trattati rimane imprescindibile il concetto della messa in opera.
Essa deve essere condotta nel miglior
modo possibile, seguendo le regole dettate dai codici di buona pratica, dalle
normative, dal buon senso e, cosa ormai
rara, dalla professionalità pratica del
personale di cantiere.
Il getto deve essere vibrato in maniera
costante ed uniforme in modo da facilitare l’espulsione dell’aria costipando
al meglio il materiale. L’applicazione
di un’attenta ed efficace vibrazione del
materiale permetterà una drastica riduzione sia delle porosità e delle capillarità
interne al materiale, sia di quelle sullo
strato corticale con evidente difficoltà
alla penetrazione della soluzione aggressiva e quindi alla nascita del degrado
chimico.
Un aspetto quasi sempre tralasciato nella
pratica di cantiere è il rispetto del copriferro. Esso è il primo e l’ultimo baluardo
alla protezione del calcestruzzo e delle
barre d’armatura in esso racchiuse. Quasi mai è possibile vedere, da parte delle
maestranze, l’utilizzo di sistemi o soluzioni in grado di garantirne il rispetto
della misura minima. Eppure in commercio esistono ormai numerosi articoli
quali rondelle e spessori da fissare alla
parte più esterna della gabbia in battuta
sul cassero.
cemento
Gli effetti di tale negligenze sono talmente importanti da riuscire, da sole, a
compromettere la durabilità del calcestruzzo fornito anche nei rari casi in cui,
questo, risulti confezionato nella corretta
classe d’esposizione ambientale.
Un ultimo aspetto riguarda la protezione
e la maturazione dei getti. Tale pratica
risulta essenziale oltre che al massimo
sviluppo delle resistenze meccaniche,
anche alla prevenzione di alcune patologie fessurative superficiali veri e propri
cancelli all’ingresso degli agenti aggressivi (fig. 3).
Essa vedrà applicazione per calcestruzzo armato, ordinario o precompresso, le
cui superfici, siano esse parti di ponti
o viadotti soggetti a spruzzi d’acqua
contenenti cloruri. In generale la Normativa richiama un ambiente ad umidità
moderata.
Cosiccome per le precedenti anche per
questa sottoclasse, e quelle successive,
si rilevano alcune diseguaglianze fra i
requisiti minimi richiesti al Prospetto 1
della UNI EN 11104 ed al Prospetto F1
della UNI EN 206-1.
Nel primo caso non si può scendere al
di sotto della classe di resistenza C28/35
Tabella 2 - Riassuntiva per i requisiti minimi secondo UNI 11104 ed UNI 206-1
Normativa
Massimo
rapporto a/c
Contenuto minimo
di cemento (kg/mc)
Rck minima(cil/cub)
UNI 11104
0,55
320
C28/35
UNI 206-1
0,55
300
C30/37
Figura 3 - Pilastro sull’autostrada A1 in Puglia
con evidenti cavillature
con un minimo 320 kg/m3 di cemento,
mentre nel secondo il limite minimo di
resistenza è posto a C30/37 con minimo
contenuto di 300 kg/m3 per il cemento. Per entrambe resta fissato in 0,55 il
rapporto massimo a/c concesso. Questa
sottoclasse d’esposizione permetterà
l’impiego di calcestruzzi per strutture
soggette a nebbie di derivazione salina
Sottoclasse XD2
Essa vedrà applicazione per calcestruzzo armato ordinario, o precompresso, in
elementi strutturali civili ed industriali,
completamente immersi in acqua contenenti cloruri (ad esempio piscine). In
generale la Normativa richiama un ambiente bagnato raramente asciutto.
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Normativa
Massimo
rapporto a/c
Contenuto minimo
di cemento (kg/mc)
Rck minima
(cil/cub)
UNI 11104
0,50
340
C32/40
UNI 206-1
0,55
300
C30/37
Tabella 3 - Riassuntiva per i requisiti minimi secondo UNI 11104 ed UNI 206-1
I requisiti minimi per le due normative
sono completamente disallineati per la
UNI 11104 con rapporto massimo a/c di
0,50, classe di resistenza C32/40 e contenuto in cemento di 340 kg/m3.
Mentre la UNI 206-1 il limite del rapporto a/c è fissato a 0,55 ed insieme ad
una classe minima di resistenza C30/37
un contenuto minimo in cemento fissato
a 300 kg/m3.
Questa sottoclasse d’esposizione permetterà l’impiego di calcestruzzi per
piscine con acque contenenti cloruri e
strutture industriali soggette ad acque
contenenti cloruri.
Sottoclasse XD3
Essa vedrà applicazione per calcestruzzo armato ordinario, o precompresso, in
elementi strutturali direttamente soggetti
ad agenti disgelanti o agli spruzzi contenenti sali disgelanti. Allo stesso modo in
elementi in calcestruzzo armato ordinario,
o precompresso, di cui una superficie immersa in acqua contenente cloruri e l’altra
esposta all’aria. Parti di ponti, viadotti e
parcheggi per auto. In generale la Normativa richiama un ambiente ciclicamente
asciutto e bagnato. Sia la UNI 11104 che
la UNI 206-1 sono concordi nella scelta
Massimo
rapporto a/c
Contenuto minimo
di cemento (kg/mc)
Rck minima (cil/cub)
UNI 11104
0,45
360
C35/45
UNI 206-1
0,45
320
C35/45
Normativa
Tabella 4 - Riassuntiva per i requisiti minimi secondo UNI 11104 ed UNI 206-1
Tipo di aggressione o attacco
Corrosione indotta da cloruri
non di origine marina
Sottoclassi
XD1 - XD2 - XD3
Classe di resistenza possibile
C28/35 a C35/45 (UNI 11104) C30/37 a C35/45 (UNI 206-1)
da 320 a 360 (UNI 11104) - da
Contenuto min. di cemento (kg/mc) 300 a 320 (UNI 206-1)
Rapporto massimo a/c
da 0,45 a 0,55 (UNI 11104) - da
0,45 a 0,55 (UNI 206-1)
Contenuto min. di aria (%)
-
Impieghi
Calcestruzzo armato o precompresso per:
- pavimentazione di parcheggi
- piscine con acqua salata
- strutture industriali a contato
con acque ricche in cloruri
- ponti e viadotti
Tabella 5 - Riassuntiva per classe d’esposizione XD secondo UNI 11104 ed UNI 206-1
quarry & construction
[email protected]
dott. Maurizio Agostino
Laurea in Scienze Geologiche indirizzo
Petrografia del Sedimentario
Tabella riassuntiva Classe xd
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del massimo rapporto a/c fissato in 0,45
con medesima classe di resistenza C35/45.
Differente interpretazione viene data al
contenuto minimo in cemento fissato in 360
kg/mc per la UNI 11104 e 320 kg/m3 per
la UNI 206-1. Questa sottoclasse d’esposizione permetterà l’impiego di calcestruzzi
per pavimentazioni di parcheggi elementi
di ponti parzialmente esposte a spruzzi
d’acqua con sali disgelanti.
Dicembre 2008
INCARICHI E COLLABORAZIONI
Tecnologo del Calcestruzzo
Responsabile Laboratorio Controllo Produzione
Pinazzi Gestione Calcestruzzi
Membro Commissione Tecnologica
A.T.E.C.A.P. (Associazione Tecnico Economica
Calcestruzzo Preconfezionato)
Membro Consiglio Direttivo Gruppo Giovani
dell’Industria Unione Parmense Industriali
Associato A.T.E. (Associazione Tecnologi Edilizia)
Collaboratore ed autore articoli tecnici
per www.netconcrete.info
Collaboratore ed autore articoli tecnici
IL SOLE 24 ORE (Speciale Edilizia)
QUALIFICHE PROFESSIONALI
Master “Tecnologia del calcestruzzo”
Laboratori Basf-Degussa - Treviso 2000
Master “Patologie del Calcestruzzo”
Centro Ricerca Les Technodes ITG - Parigi 2003
Piazzamento Grand Prix del Calcestruzzo
SCC - SAIE Bologna 2004
Master “Marketing del calcestruzzo”
Centro Ricerca Les Technodes ITG