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Strutture sommerse in calcestruzzo: corrosione armature indotta dai cloruri da acqua di mare
Renato Iovino
Flavia Fascia
Francesco Colella

Tratto da: Concrete2014 - Progetto e Tecnologia per il Costruito: Tra XX e XXI secolo

1. Premessa

Le strutture in cemento armato realizzate nel secondo dopoguerra presentano, in gran parte, gravi segni di degrado provocati dagli attacchi chimico-fisici e derivante dalla corrosione delle armature e dai cicli di gelo e disgelo.

Per le strutture sommerse nell’acqua di mare, molto spesso, anche in presenza di un ottimo progetto strutturale, il degrado può condurre ad una vita utile piuttosto breve del manufatto se non sono stati presi opportuni provvedimenti nel progetto tecnologico del cemento armato.

2. La durabilità delle strutture in cemento armato

Per le strutture in cemento armato la durabilità, strettamente legata all’esposizione ambientale della struttura, è funzione della capacità del calcestruzzo di proteggere le armature metalliche dai processi di corrosione provocati dall’attacco degli agenti aggressivi presenti nell’aria, nell’acqua e nei terreni.

Per garantire una durabilità di 50 anni, per le opere ordinarie, e di 100 anni, per le opere sensibili quali le scuole e gli ospedali, appare indispensabile studiare la composizione del calcestruzzo non solo in funzione della Rck ma anche in funzione della consistenza e dell’esposizione ambientale. Nel merito della consistenza è nota la sua influenza sulla lavorabilità e quindi sulla compattezza del calcestruzzo in opera. Per strutture fortemente armate, attesa la difficoltà che incontra il calcestruzzo a riempire l’intero volume della cassaforma, occorrerà operare con calcestruzzi fluidi (S4 della scala di classificazione al cono di Abrams) o superfluidi (S5 della scala di classificazione al cono di Abrams).

Purtuttavia un calcestruzzo S4, o S5, richiede un assortimento granulometrico con Modulo di finezza piuttosto basso, con prevalenza del fino, e quindi con aumento dell’acqua d’impasto. Ma l’aumento dell’acqua d’impasto comporta un aumento del dosaggio di cemento, per la nota legge del Feret.

L’aumento del dosaggio d’acqua e l’aumento del dosaggio di cemento comportano un aumento del ritiro plastico, del ritiro termico e del ritiro idraulico e, quindi, un aumento della porosità del calcestruzzo e del degrado del manufatto. La consistenza del calcestruzzo oggetto della sperimentazione, è stata misurata mediante la prova del cono di Abrams, o slump test.

La prova è stata eseguita mediante il cono di Abrams, recipiente tronco-conico in lamiera metallica, senza fondi, che presenta il diametro di base di 20 cm, il diametro superiore di 10 cm e l’altezza di 30 cm (Figg. 1 e 2). Il recipiente, riempito completamente di calcestruzzo mediante opportuno assestamento, viene poi sfilato, sollevandolo lentamente verso l’alto. Il calcestruzzo senza più il sostegno della forma, si adagia sulla lastra metallica determinando un abbassamento che ne caratterizza la consistenza. In Italia la norma che definisce il metodo per determinare la consistenza nel calcestruzzo fresco mediante l’abbassamento del cono è la UNI EN 12350-2.

Per quanto attiene la durabilità, le NTC 2008, al § 11.2.11, stabiliscono che, in relazione all’esposizione ambientale della struttura, si devono adottare quei provvedimenti atti a limitare gli effetti di degrado indotti dall’attacco chimico, fisico e derivante dalla corrosione delle armature e dai cicli di gelo e disgelo.

La norma UNI-EN 206 e le Linee guida del Ministero dei Lavori Pubblici sul calcestruzzo strutturale definiscono sei classi di esposizione rapportandole al rischio di degrado del calcestruzzo. Per ciascuna classe di esposizione la norma fissa le caratteristiche del calcestruzzo da utilizzare: in particolare il rapporto A/C, il dosaggio di acqua A ed il tipo di cemento appropriato.

3. La corrosione delle armature metalliche indotta dai cloruri dell’acqua del mare per strutture sommerse

Le strutture in cemento armato a contatto con il mare sono molto vulnerabili in quanto l’acqua è ricca di cloruri, solfati, carbonati alcalini, magnesio, ecc.

L’acqua di mare, a causa della forte concentrazione di cloruri, può provocare il degrado dei ferri di armatura, comportandone una diminuzione di sezione e/o un distacco del copriferro. È noto che l’acqua marina contiene grandi quantità di sali in soluzione, cioè sotto forma di ioni. La salinità che si esprime come numero di grammi di sali disciolti per litro di acqua, nelle acque marine italiane può raggiungere valori di circa il 35%; ma è la concentrazione di cloruro di sodio (NaCl) a prevalere sugli altri sali, quali il cloruro di magnesio, di potassio, i solfati, i bromuri ed altri.

Si può ritenere che mediamente nell’acqua di mare ci sia una quantità di NaCl di circa 28 g/l.

Per la sperimentazione oggetto di studio è stata utilizzata una concentrazione di NaCl pari a 100 g/l, rendendo quindi molto più gravosa la condizione di esposizione dei provini di calcestruzzo rispetto ad una normale esposizione nell’acqua di mare.

Le strutture in c.a. sommerse nel mare, oltre ad essere sottoposte alle sollecitazioni meccaniche delle onde, sono interessate dal deposito in superficie dei sali marini che, durante la bassa marea, tendono a precipitare con la formazione di cristalli nel conglomerato che li ha assorbiti, per l’evaporazione dell’acqua e la conseguente saturazione delle soluzioni.

La cristallizzazione avviene con aumento di volume che provoca la fessurazione superficiale del calcestruzzo con conseguente penetrazione di ioni cloro, solfato e magnesio.

Gli ioni cloro provocano la depassivazione delle armature metalliche mentre gli ioni solfato e gli ioni magnesio reagiscono con alcuni componenti della matrice cementizia con formazione di composti espansivi seguiti da rigonfiamenti e distacchi del calcestruzzo.

4. Le classi di esposizione ambientale

La norma UNI-EN 206 e le Linee Guida del Consiglio Superiore dei 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 della classe di esposizione si determinano i valori di Rck (min), del rapporto A/C (max), del dosaggio di cemento C (min), dello spessore del copriferro s (min).

La classe XS è relativa alle condizioni di rischio di corrosione indotta dai cloruri dell’acqua di mare ed è suddivisa nelle tre sottoclassi XS1, XS2 e XS3.

  • Nella sottoclasse XS1, caratterizzata da esposizione alla salsedine marina senza diretto contatto con l’acqua di mare, rientrano le superfici di strutture in c.a. o c.a.p. ubicate sulle coste o in prossimità della costa.
  • Nella sottoclasse XS2, caratterizzata da condizioni di immersione permanente in acqua di mare, rientrano le strutture in c.a. o c.a.p. completamente sommerse.
  • Nella sottoclasse XS3, rientrano le strutture in c.a. o c.a.p. caratterizzate da condizioni di esposizione agli spruzzi e alle onde del mare, o alle maree.

5. Le prescrizioni per le classi di esposizione ambientale

Per garantire la durabilità del calcestruzzo per una vita utile di circa 50 anni per le opere ordinarie e di 100 anni per le opere sensibili, le norme che disciplinano la progettazione delle strutture in c.a. hanno individuato per i tre parametri

  • Resistenza caratteristica, Rck
  • Rapporto A/C
  • Contenuto di cemento, C

i vincoli che devono essere rispettati per ottenere un calcestruzzo che consenta di realizzare strutture durevoli.

L’Eurocodice 2, inoltre, fissa la dimensione minima dello spessore del copriferro mentre le Linee Guida e la UNI fissano il tipo di cemento più opportuno per resistere agli attacchi chimici. Per la classe di esposizione XS, l’Eurocodice fissa gli spessori minimi del copriferro, riportati nella Tabella 1. Le Linee guida e la UNI, invece, fissano i limiti riportati in Tabella 2.

6. La sperimentazione

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