Degrado del calcestruzzo, tecniche di intervento e materiali per il ripristino strutturale

Il calcestruzzo armato è uno dei materiali più diffusi al mondo per la costruzione di edifici e infrastrutture. Tuttavia, può andare incontro a fenomeni di degrado, dovuti alle condizioni ambientali, alle sollecitazioni e alla qualità dei materiali e delle tecniche costruttive utilizzate. Comprenderne l’importanza è fondamentale per poter intervenire in modo efficace e prevenire conseguenze più gravi nelle strutture esistenti.

a cura della Divisione Ingegneria e Ricerca & Sviluppo di General Admixtures

Come è noto, le principali cause di degrado nel calcestruzzo sono:

1. Carbonatazione;
2. Penetrazione dei cloruri;
3. Degrado fisico (come cicli di gelo e disgelo);
4. Aggressioni chimiche (come solfati, acidi, acque aggressive);
5. Cause meccaniche e costruttive (come sovraccarichi, urti, vibrazioni, errori nella fase di posa in opera).

Gli effetti di questi fenomeni si manifestano soprattutto con fessurazioni, distacchi del copriferro e corrosione delle armature (Figura 1), che a loro volta compromettono le proprietà meccaniche dell’acciaio e riducono la sicurezza strutturale e la durabilità degli edifici e delle infrastrutture.

Il problema del degrado del calcestruzzo riguarda in modo particolare il patrimonio edilizio italiano, gran parte del quale realizzato proprio con questo materiale tra gli anni Trenta e gli anni Ottanta del secolo scorso, utilizzando il sistema costruttivo a telaio.

Queste strutture si compongono di una maglia portante di pilastri e travi collegati tra loro, capace di sostenere i solai e trasmettere i carichi verticali e orizzontali in fondazione.

In passato l’attenzione era rivolta soprattutto alla funzionalità e alla rapidità costruttiva, piuttosto che alla durabilità a lungo termine, con il risultato che molti edifici a telaio oggi mostrano limiti costruttivi e progettuali, che diventano più critici in presenza di eventi sismici o, semplicemente, con il passare del tempo.

Tra le principali criticità troviamo:

1. Scarsa qualità dei materiali dovuta, ad esempio, a una inadeguata compattazione in cantiere, che comporta porosità e nidi di ghiaia;
2. Copriferro di dimensioni ridotte, non in grado di proteggere le armature dai fenomeni di degrado;
3. Scarsa duttilità delle sezioni, dovuta ad armature insufficienti o mal disposte, che possono favorire il manifestarsi di comportamenti fragili, causa di rotture improvvise;
4. Carenza di confinamento alle estremità degli elementi strutturali del telaio, dove possono originarsi, a causa delle alte sollecitazioni, fessurazioni e perdite di resistenza.

Per questi motivi, è necessario intervenire con azioni mirate. Da un lato occorre sanare le condizioni di degrado già presenti; dall’altro, è fondamentale consolidare la struttura, migliorandone la resistenza, la duttilità e il confinamento, ad esempio con tecnologie moderne quali i compositi fibrorinforzati. Solo con questa doppia strategia si può garantire una maggiore sicurezza e una più lunga vita alle opere in calcestruzzo armato.

La norma EN 1504 rappresenta il riferimento tecnico per la protezione e la riparazione delle strutture in calcestruzzo. Questo documento, recepito in Italia dalla corrispondente norma UNI, definisce i princìpi (ossia gli obiettivi da raggiungere) per poter realizzare soluzioni efficaci in base alla tipologia di degrado.

Tra questi troviamo:

1. Proteggere il calcestruzzo dagli agenti aggressivi (come carbonatazione, cloruri, umidità, gelo, solfati…);
2. Sanare le armature compromesse dalla corrosione;
3. Ripristinare la geometria e la funzionalità degli elementi strutturali danneggiati;
4. Migliorare la durabilità globale della struttura, prolungandone la vita.

La norma Uni En 1504 traduce quindi i principi in metodi operativi chiari, collaudati e altamente efficaci.

Tra le soluzioni più efficaci troviamo:

• Rivestimenti protettivi, filmogeni e impregnanti, progettati per respingere umidità, cloruri e altri agenti chimici aggressivi. Questi prodotti creano una barriera sulla superficie del calcestruzzo, impedendo la penetrazione di sostanze nocive. Tra i prodotti più innovativi sul mercato troviamo i prodotti delle Linee SKIN FLEX, SKIN PROTECT E AQUA FOBIC di General Admixtures, pensati per adattarsi a diverse condizioni ambientali e necessità progettuali.

• Malte e betoncini speciali per il ripristino delle parti ammalorate. Questi prodotti premiscelati, facenti parte della Linea Structure di General Admixtures, sono formulati per aderire perfettamente al calcestruzzo esistente e fornire elevate resistenze meccaniche e ottima compatibilità con il materiale originale. Consentono di ricostruire elementi strutturali ripristinandone la geometria e la continuità in modo sicuro e duraturo (Figura 2).

• Passivanti e inibitori di corrosione, ideali per salvaguardare le armature. Prodotti come quelli della Linea STRUCTURE PROTECT e INHIBITOR di General Admixtures ripristinano la passivazione superficiale proteggendo le barre di armatura anche in presenza di ambienti particolarmente aggressivi.

• Ancoranti per armature integrative o sostitutive, indispensabili quando è necessario inserire nuove barre di armatura in sostituzione di quelle danneggiate o corrose, o per integrare la capacità resistente della struttura. I prodotti delle Linee ANKOR e STRUCTURE BOND di General Admixtures forniscono elevate prestazioni di adesione e trasferimento degli sforzi, permettendo un perfetto collegamento tra calcestruzzo e acciaio, anche in condizioni di esercizio gravose.

• Iniezioni per sigillare le fessure. I prodotti della Linea STRUCTURE FILL di General Admixtures consentono di riempire eventuali microfratture in profondità, ripristinando la continuità del materiale, con interventi rapidi, precisi ed efficaci.

• Malte e betoncini speciali per il ripristino delle parti ammalorate. Questi prodotti premiscelati, facenti parte della Linea STRUCTURE di General Admixtures, sono formulati per aderire perfettamente al calcestruzzo esistente e fornire elevate resistenze meccaniche e ottima compatibilità con il materiale originale. Consentono di ricostruire elementi strutturali ripristinandone la geometria e la continuità in modo sicuro e duraturo (Figura 2).

Anche a seguito del risanamento la struttura potrebbe non soddisfare i requisiti di sicurezza previsti dagli attuali standard normativi a causa delle criticità strutturali precedentemente evidenziate.

In queste circostanze è possibile realizzare interventi di rinforzo strutturale mirati, che incrementano le prestazioni globali dell’opera e ne modificano il suo comportamento meccanico, ad esempio impedendo modalità di collasso fragili, in favore di meccanismi duttili e controllati.

Tra le tecniche più efficaci e innovative, vi sono le incamiciature in HPFRC degli elementi delle strutture a telaio (nodi, travi e pilastri).

L’HPFRC (High Performance Fiber Reinforced Concrete) è un calcestruzzo speciale, additivato con fibre in acciaio che gli conferiscono caratteristiche fisiche e meccaniche superiori rispetto al calcestruzzo tradizionale.

I suoi maggiori punti di forza sono:

• Elevate resistenze a compressione, grazie alla presenza di leganti e additivi di ultima generazione;
• Elevate resistenze a trazione e flessione, grazie alla presenza delle fibre, che ne migliorano il comportamento post-fessurativo.
• Ottima durabilità, con ridotta permeabilità e maggiore resistenza agli agenti chimici e ambientali.
• Elevata duttilità, che consente al materiale di impedire le rotture fragili tipiche dei conglomerati cementizi tradizionali, dissipando efficacemente l’energia del sisma.

Nell’ambito degli HPFRC, l’innovazione è rappresentata dai micro-calcestruzzi della Linea COMPOSITE di General Admixtures. Questi prodotti premiscelati e pronti all’uso, rispetto ai conglomerati cementizi tradizionali, offrono vantaggi concreti negli interventi di incamiciatura, come:

• Ridotti spessori applicativi: grazie alle elevate prestazioni meccaniche, spesso è sufficiente realizzare camicie dello spessore di qualche centimetro, per ottenere risultati anche superiori a quelli ottenibili con camicie di 8-10 centimetri di calcestruzzo tradizionale.

• Riduzione della necessità di armature aggiuntive: grazie all’azione delle fibre, in molti casi si può limitare o ridurre l’inserimento di barre di armatura e staffe, semplificando e velocizzando l’intervento. Tale aspetto è possibile grazie alla certificazione Cvt di cui è dotato il micro-calcestruzzo Composite M130 di General Admixtures (Figura 3).

• Compattezza e adesione al supporto: i micro-calcestruzzi HPFRC hanno granulometria ridotta (generalmente inferiore ai 4 millimetri) e sono caratterizzati da un’ottima adesione al calcestruzzo esistente, grazie anche alla loro capacità di riempimento di cavità e interstizi.

• Premiscelati a qualità controllata: essendo forniti già premiscelati in sacchi, i micro-calcestruzzi HPFRC della Linea COMPOSITE garantiscono omogeneità e costanza delle prestazioni, a differenza dei calcestruzzi tradizionali, soggetti a maggiore variabilità in cantiere, anche in funzione delle abilità degli operatori.

Della Linea COMPOSITE di General Admixtures fanno parte:

• COMPOSITE M130, micro-calcestruzzo fibrorinforzato con fibre di acciaio, tricomponente, colabile, autocompattante e a ritiro compensato. Certificato Cvt dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici con classe di resistenza a compressione (massima) C90/105 e classe di resistenza residua a trazione 8b. È ideale per interventi di consolidamento e incamiciatura in basso spessore di travi e pilastri (Figura 4), nonché per ripristinare nodi, fondazioni, infrastrutture stradali e ferroviarie, o per effettuare rinforzi con cappe collaboranti in basso spessore in solai di qualunque natura.

• COMPOSITE TIXO, malta cementizia bicomponente, tixotropica, a ritiro compensato, elevatissime prestazioni e fibrorinforzata con fibre in acciaio e di poliacrilonitrile. Classificata R4 secondo Uni En 1504-3, con resistenze medie a compressione superiori ai 100 MPa. È ideale per completare gli interventi realizzati con COMPOSITE M130 in quelle situazioni in cui non sia possibile predisporre le casserature.

Per mettere a punto un intervento di rinforzo ottimale, è necessaria un’attenta fase progettuale. A supporto del progettista, l’Ufficio Tecnico di General Admixtures ha sviluppato STRUCTURE.4R, un software di calcolo gratuito specifico per analisi e verifiche di sezioni in calcestruzzo rinforzate corticalmente con prodotti a base cementizia, tra cui gli HPFRC della Linea COMPOSITE.

Il software, attraverso una discretizzazione a fibre della sezione e l’implementazione dei legami costitutivi conformi alle vigenti normative di progettazione strutturale, permette di:

• Gestire sezioni di diverse geometrie e inserire armature esistenti e integrative (sia longitudinali che trasversali), rappresentando anche sezioni non simmetriche; • Inserire le prestazioni meccaniche di calcestruzzi e acciai derivanti da prove in situ;
• Inserire situazioni di degrado del calcestruzzo e dell’acciaio esistente;
• Effettuare Verifiche a Flessione, a Pressoflessione Retta e Deviata e a Taglio;
• Costruire i diagrammi Momento-Curvatura, ottenendo valutazioni sulla Duttilità delle Sezioni;
• Esportare Relazioni di Calcolo e Voci di Capitolato in formato testuale modificabile, comprensive di formule, grafici, immagini e tabelle.