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RIPRISTINO STRUTTURALE DI OPERE IN CLS/C.A.
 
Il calcestruzzo armato (c.a.) per le sue caratteristiche di resistenza meccanica, durabilità e possibilità di assumere le più svariate forme è diventato il materiale da costruzione più importante del nostro tempo ...
 

Il c.a. è attualmente disciplinato da normative specifiche per i vari componenti:

Calcestruzzo (UNI EN 206-1:2006: "calcestruzzo, specificazione, prestazione, produzione e conformità");

Armatura d'acciaio (UNI EN ISO 15630-1:2010 "acciaio per calcestruzzo armato e calcestruzzo armato precompresso", nonché dal DM 9 gennaio 1996 "acciaio altre parti, allegati").

parte della struttura in cls c.a. preparata per il ripristino strutturaleIl sistema cemento armato, è inoltre disciplinato dalle "Norme Tecniche per le Costruzioni" introdotte dal D.M. 14 gennaio 2008, queste definiscono con particolare precisione anche la responsabilità dei differenti attori delle costruzioni in c. a.

Anche se il c.a. è di fatto il materiale da costruzione più utilizzato ciò non lo rende immune, da tutta una serie di degradi dovuti a cause sia intrinseche sia esterne così come previsto e descritto dalla norma UNI 8981 che recita "...avviene per l'azione di sostanze presenti nell'ambiente di esercizio, per azioni fisiche o meccaniche inerenti l'esercizio stesso o esercitate dall'ambiente. Il degrado si manifesta inoltre in modo più o meno intenso e veloce, in funzione dell'eventuale presenza di fattori intrinseci ed esterni".

 

Tra i principali fattori di degrado intrinseci ed esterni si possono individuare:

Fattori Intrinseci  
Progettazione del cls: inadeguata o non corretta valutazione della classe di resistenza e/o della classe d'esposizione in fase di progetto.
Mix Design: errato rapporto acqua/cemento, errato dosaggio di cemento, incorrettezze granulometriche.
Materiali utilizzati: aggregati di qualità inadeguata, aggregati reattivi o gelivi, acqua, cemento, additivi, calcestruzzo poroso.
Posa in opera: errori nel confezionamento, nel trasporto, nella messa in opera, nel posizionamento delle armature e degli inserti, stagionatura non corretta o inadeguata, vibratura non corretta, inadeguata o assente.
Progettazione inadeguata inadeguata o insufficiente previsione e/o progettazione di tutti i componenti accessori quali giunti waterstop, giunti di fessurazioni programmata, riprese di getto ecc.

NB: Queste cause da sole coprono più del 60 % delle cause di degradazione normalmente riscontrate e/o riscontrabili nelle opere in c. a.

 

Esterne  
Cause fisiche congelamento del calcestruzzo fresco, variazioni di umidità dell'ambiente, cicli gelo/disgelo, sali disgelanti, fuoco, alte temperature.
Cause meccaniche carichi di esercizio, carichi non previsti, abrasione, erosione, cavitazione.
Cause di natura elettrochimica corrosione dell'armatura metallica per carbonatazione, cloruri, correnti vaganti.
Agenti chimici naturali solfati di acque o terreni, anidride carbonica, ioni magnesio, zolfo, cloro, acque acide, acque di rifiuto urbano, acque a bassa durezza.
Agenti chimici industriali acidi e basi organici ed inorganici, sali, idrocarburi.

carota con particolare della profondità della carbonatazione nel ripristino strutturale

Una delle principali e più "diffuse" cause del degrado e dell'invecchiamento del calcestruzzo è il fenomeno noto come "CARBONATAZIONE" esso consiste nella trasformazione chimica dell'ossido di calcio presente nel calcestruzzo in carbonato di calcio secondo le seguenti formule semplificate e passando dalla formazione intermedia dell'idrossido di calcio.

 

CaO + H2O = Ca(OH)2 (1)
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O (2)

 

La carbonatazione è la reazione di un gas (anidride carbonica CO2) disciolto in un film umido, con alcali in soluzione e non la reazione (a secco) di un gas con una sostanza solida.

la reazione della carbonatazione a cui segue il lavoro di ripristino strutturale

 

Ne consegue la rilevante importanza dell'atmosfera di esposizione e, in particolare, le condizioni di umidità relativa, temperatura, insolazione e ventosità.

Per la velocità di carbonatazione si ha:

 

ripristino strutturale del cls c.a. e la velocità della carbonatazione

 

 

La profondità di carbonatazione:

 

la profondità della carbonatazione nel ripristino strutturale del cls c.a.

 

 

L'umidità relativa influenza il fenomeno secondo il grafico seguente:

 

l'umidità relativa influenza il fenomeno della carbonatazione con conseguenza bisogno del ripristinostrutturale del cls c.a.

 

 

ferro d'armatura scoppiato bisognoso di ripristino strutturaleLa neutralizzazione della calce libera presente nel calcestruzzo [reazione (2)], da parte dell'anidride carbonica provoca un abbassamento dell'alcalinità (pH) del calcestruzzo sino a valori critici (<10,5 ÷ 11)) per il delicato equilibrio elettrochimico tra calcestruzzo ed armatura che di solito garantisce, nelle normali condizioni di pH, una passivazione di questa proprie del cls impedendone in tal modo la corrosione.

La trasformazione dell'ossido di calcio (CaO) in carbonato di calcio (CaCO3) tende a migliorare le prestazioni meccaniche del calcestruzzo, ma comporta, con la conseguente diminuzione di pH ad essa associata, la perdita della capacità di proteggere (passivare) i ferri d'armatura, ciò favorisce l'instaurarsi del fenomeno della corrosione e di conseguenza la formazione di ossido di ferro (ruggine) cui si associa un aumento del volume dell'armatura.

Le spinte che ne derivano provocano di conseguenza la lesione ed il distacco della porzione di cls calcestruzzo che costituisce il copriferro e ciò comporta diversi effetti, tra cui:

  1. Una diminuzione della sezione resistente del calcestruzzo.
  2. La diminuzione della sezione resistente dell'armatura.
  3. Maggiore esposizione dell'armatura e del cls interno ai fenomeni degradativi.

 

struttura il cls c.a. degradato con copriferro limitato da ripristino strutturaleLa manifestazione del fenomeno è più evidente nelle strutture che presentano dei copriferri limitati sia perché l'alterazione dello spessore di copriferro è più veloce sia perché la resistenza di questo è più limitata a causa dei bassi spessori ed alla maggiore presenza di eventuali difetti superficiali.

Gli esempi più tipici sono in genere la maggior parte delle strutture a sbalzo come i balconi e le pensiline o le zone in cui è presente un tasso di umidità elevato come i pilastri e le strutture appena fuori terra.

La reazione di carbonatazione è in realtà più complessa ed è influenzata dalla presenza di diverse variabili tra cui le fondamentali risultano:

  1. La Porosità del calcestruzzo.
  2. La concentrazione di Anidride Carbonica nell'aria.
  3. La presenza di Umidità.


Solo la contemporanea presenza di questi 3 fattori rende possibile il manifestarsi della carbonatazione ed i danni che ad essa conseguono.

 

schema del degrado del cls c.a. dove occorre realizzare il ripristino strutturale

 

In seguito a tale reazione l'aspetto visivo del calcestruzzo è invariato, mentre la situazione dal punto di vista meccanico e soprattutto chimico è ben diversa.

Le caratteristiche meccaniche di resistenza a compressione del calcestruzzo risultano infatti migliorate, in conseguenza del fenomeno di carbonatazione, poiché il carbonato di calcio presenta una resistenza meccanica migliore di quella del CaO e del Ca(OH)2, per contro la situazione peggiora invece notevolmente dal punto di vista chimico, poiché la formazione di carbonato di calcio a scapito dell'idrossido di calcio abbassa infatti i valori del pH della matrice al di sotto di 10,5.

Questo abbassamento del pH comporta effetti disastrosi sui ferri d'armatura che inizialmente, a pH > 12÷12,5 erano perfettamente protetti dalla corrosione a causa del forte ambiente alcalino generato dal calcestruzzo, e dal film passivante che copriva le armature, per valori al di sotto di 10,5÷11 risultano non più protetti dai possibili fenomeni ossidativi con la conseguente degradazione delle armature per effetto della corrosione.

 

schema della corrosione in riferimento del pH del cls c.a. con eventuale realizzazione del ripristino strutturale

 

Gli interventi di ripristino tradizionali, anche quando realizzati nel rispetto della norma tecnica EN UNI 1504 relativa agli interventi di ripristino strutturale, agiscono in genere solo in maniera semplicistica sugli effetti del fenomeno di degrado limitandosi alla semplice ricostruzione del copriferro (ed alla eventuale protezione dei ferri), senza intervenire sul cls non demolito ma comunque già carbonatato, ciò provoca una successiva e rapida manifestazione del fenomeno con un suo peggioramento in tempi abbastanza brevi, senza quindi risolvere il problema.

supporto tecnico sia durante la progettazione che in fase realizzativa del ripristino strutturaleUn corretto, idoneo e adeguato intervento di Ripristino Strutturale dovrebbe innanzitutto iniziare da un'approfondita e adeguata diagnosi dei problemi, per individuare le cause che li hanno determinati, poi intervenire su tali cause rimuovendole o limitandole il più possibile in modo da evitare la rimanifestazione del fenomeno almeno per tempi estremamente lunghi, il più possibile compatibili con la vita utile residua della struttura su cui si interviene.

supporto tecnico sia durante la progettazione che in fase realizzativa del ripristino strutturaleLa N.T.A. srl, con le soluzioni messe a punto ed i materiali da lei commercializzati, è in grado di proporre, attraverso i suoi tecnici, dei cicli di trattamento e ripristino del calcestruzzo che assolvono alle funzioni di eliminazione delle cause, e degli effetti del degrado, recuperando la qualità ed integrità del cls esistente oltre a ricostruire quello mancante o asportato.

In generale negli interventi di restauro e protezione del cls la vita utile può essere determinata per tempi più o meno lunghi in funzione dell'importanza dell'opera e dei costi che si vogliono o possono sostenere.

In maniera tradizionale gli interventi sono due per i due tipi di degrado, in particolare degrado moderato e grave.

La N.T.A. srl ha preso in considerazione un terzo tipo di degrado: quello Incipiente, per cui i vari tipi si possono riassumere in:

- DEGRADO INCIPIENTE supporto tecnico sia durante la progettazione che in fase realizzativa del ripristino strutturalela profondità della carbonatazione (rilevata a seguito di specifico test) può aver raggiunto o meno l'armatura ma questa o non ha ancora subito ancora alcun danno apprezzabile o comunque il danno è così limitato da non aver comportato ripercussioni (lesioni e/o distacchi) sul copriferro che risulta pertanto integro;
- DEGRADO MODERATO supporto tecnico sia durante la progettazione che in fase realizzativa del ripristino strutturalela carbonatazione ha raggiunto i ferri d'armatura, la loro ossidazione ha provocato lesioni nel copriferro o eventualmente il suo distacco senza tuttavia determinare un'eccessiva riduzione della sezione dell'armatura;
- DEGRADOO PROFONDO supporto tecnico sia durante la progettazione che in fase realizzativa del ripristino strutturalele armature hanno subito un degrado consistente che ha provocato una sensibile (> 20%) diminuizione della loro sezione resistente, in tal caso è necessario dal punto di vista strutturale, realizzare un'integrazione delle stesse per garantire la sicurezza della struttura; in aggiunta in tali casi i volumi da ricostruire sono in genere consistenti, tanto da richiedere la ricostruzione mediante getto con malta colabile.

Per i vari tipi di degrado in considerazione delle condizioni ambientali in particolare legate alla presenza di acqua, che è la più semplice e ricorrente, ma non adeguatamente considerata né dalla 1504 né da tutte le altre ditte del settore, si considerano quattro condizioni ambientali ed in particolare:

 

Per i quattro tipi di condizioni ambientali e tre tipologie di degrado sono possibili 12 tipologie di intervento contro i due in genere adottati.

ILa situazione diventa ancora più completa se si prendono in considerazione le varie tipologie di strutture possibili per l’edilizia (14) per cui le possibilità dei cicli di trattamento diventano complessivamente 168 (14*4*3) invece dei 2 in genere proposti tradizionalmente. Per ogni problema è quindi possibile individuare la soluzione specifica su misura piuttosto che un “vestito per tutte le misure”.

Oltre la ricostruzione della geometria e funzionalità del manufatto con l’intervento si realizzano anche ulteriori vantaggi fondamentali ed in particolare:

  • Impermeabilizzazione di tutto lo spessore della struttura esistente e della ricostruzione;

  • Eliminazione dell’acqua di spinta positiva e negativa;

  • Rialcalinizzazione del calcestruzzo esistente con incremento del pH in modo che il calcestruzzo ritorna a proteggere le armature;

  • Limitazione delle demolizioni e quindi anche i costi della ricostruzione;

  • Limitare di molto i fenomeni di carbonatazione;

  • Allungare in maniera evidente la vita utile residua dei manufatti;

  • Miglioramento della resistenza a compressione del calcestruzzo esistente

 

Su tutto quanto detto ed altro ancora si è disponibili ad una consulenza tecnologica sia direttamente che per i progettisti incaricati, fornendo un supporto specialistico nella scelta delle soluzioni più idonee e fornendo tutto il materiale tecnico ed amministrativo necessario per una progettazione veramente esecutiva con prestazioni di lunga durata.

Per informazioni dirette, eventuale materiale aggiuntivo o confronto su problematiche potete contattarci tramite E_mail o direttamente via telefono al numero 091/8113890 dal lunedì al venerdì in orario di ufficio (9:00-13:00 ÷ 15:00-19:00).

PER MAGGIORI INFORMAZIONI POTETE CONSULTARE L'AREA RISERVATA DEL NS. PORTALE "PROGETTAZIONE IN EDILIZIA" ALLA SEZIONE RIPRISTINO STRUTTURALE DOVE SI METTE A DISPOSIZIONE TUTTA LA DOCUMENTAZIONE TECNICA NECESSARIA QUALE VOCI DI CAPITOLATO, ANALISI PREZZI, DISEGNI ESECUTI, EVENTUALI RELAZIONI TECNICHE, PROTOCOLLI DI LAVORAZIONE ETC.: ESSA RISULTA ACCESSIBILE PREVIA REGISTRAZIONE E SUCCESSIVO LOGIN.

 

 

 

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