La classe di esposizione XD
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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) Dicembre 2008 quarry & construction 153 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 154 quarry & construction Dicembre 2008 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. Dicembre 2008 quarry & construction 155 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 156 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