Tuttavia la qualità del calcestruzzo prodotto in Italia non è da primato a causa di molteplici e complesse problematiche non ancora risolte. Quando si parla di qualità carente il pensiero volge subito alla scarsa durabilità delle opere in conglomerato cementizio e al rapido degrado delle strutture in c.a. e c.a.p.

L’esperienza maturata dopo oltre un secolo di costruzioni e di ricerca ha dimostrato come si può produrre un calcestruzzo durevole solo se si affrontano le seguenti regole operative:

• la progettazione dell’opera non deve tenere conto solo delle caratteristiche meccaniche ma anche delle possibili interazioni con l’ambiente al quale la struttura è esposta per tutto il periodo di vita della stessa;
• la produzione del calcestruzzo deve essere sottoposta ad un attento controllato qualitativo sia delle materie prime che del materiale composito;
• l’esecuzione dell’opera deve seguire determinate regole operative per quel che concerne la messa in opera; la compattazione, la stagionatura, ecc.

La durabilità di una struttura in calcestruzzo è la capacità di durare nel tempo garantendo il servizio per il quale la struttura è stata progettata. La durabilità del calcestruzzo è una condizione necessaria ma non sufficiente per la durabilità della struttura.

Un’indagine effettuata su 139 strutture degradate dimostrano come il problema della qualità è molto importante. Da questa ricerca è risultato che il 42% dei degradi rilevati è da attribuire al non perfetto confezionamento del calcestruzzo. Il 22% si sono degradate per le deficienze della messa in opera del materiale. I degradi imputabili ad un errore progettuale ammontano solo al 12 % il che può far ritenere che la responsabilità dei progettisti sia trascurabile rispetto i produttori del calcestruzzo. In realtà le responsabilità del progettista e del committente sono molteplici poiché dovrebbero stimare le condizioni ambientali e di esercizio che le strutture devono sopportare durante la vita utile.

I parametri che influiscono sulla durabilità del conglomerato sono:

• rapporto acqua/cemento
• lavorabilità
• stagionatura

Maggiore è il valore acqua/cemento e maggiore è la distanza tra le particelle del cemento e il tempo di stagionatura necessario per poter raggiungere l’isolamento dei pori.

Il calcestruzzo indurito risulta poco poroso se il contenuto d’acqua è basso e se la stagionatura e la quantità di cemento sono stati sufficientemente opportuni. Il dosaggio corretto di cemento deve, infatti, garantire un completo contatto tra gli aggregati utilizzati e la pasta cementizia per creare una continuità nel conglomerato ed il tempo di stagionatura oltre il quale il getto risulta impermeabile dipende dal rapporto acqua/cemento.

Essa può condizionare notevolmente le caratteristiche del calcestruzzo stagionato. Se per garantire la durabilità si adotta un basso rapporto acqua/cemento il calcestruzzo che si ottiene non consente una completa compattazione e, a causa della limitata lavorabilità del prodotto, si formeranno notevoli macroporosità.

La lavorabilità del calcestruzzo, di solito, è tanto più spinta quanto più complicata risulta essere l’esecuzione delle opere. Per poter ottenere elevate lavorabilità con bassi valori di acqua si possono utilizzare specifici additivi fluidificanti o superfluidificanti.

Un’adeguata stagionatura è molto importante in particolare nei climi asciutti e per le strutture ancora calde provenienti da un trattamento a vapore e quindi più soggette all’evaporazione dell’acqua. Occorre, infatti, assicurare l’impermeabilità del calcestruzzo ma bisogna evitare una essiccazione del calcestruzzo che determina un ritiro eccessivo con conseguenti fessurazioni.
 
 

Quando il conglomerato viene immerso nell’acqua potabile esso tende a gonfiare ma in maniera limitata. Questo fenomeno è esattamente l’opposto di quello che si manifesta su un calcestruzzo lasciato in ambiente asciutto dove si manifesta il ritiro per l’evaporazione dell’acqua verso l’ambiente esterno. Il rigonfiamento di un calcestruzzo immerso in acque solfatiche è notevolmente maggiore di quello ottenibile in acque potabili.

 



Figura 9.1: Espansione lineare causata dell'immersione del calcestruzzo in acqua potabile ed in acqua solfatica
 

 



ettringite
 

I solfuri () sono presenti in natura nei terreni, nelle acque di falda, di palude o di fogna. Può presentarsi come sale( solfuro di pirite ) o come acido (idrogeno solforato ). Il solfuro direttamente non è un agente degradante del calcestruzzo ma lo sono i composti che può formare con altri materiali. Nei terreni argillosi esso è presente sotto forma di pirite che in presenza di aria ed umidità può essere ossidata e dar luogo a solfati, acido solforico ed anidride carbonica che per ragioni diverse sono notevolmente dannose per il calcestruzzo:

Se il carbonato di calcio è a contatto con acqua povera di anidride carbonica l’equilibrio si sposta verso sinistra con la formazione di  solido. In tal caso l’acqua è incrostante perché tende a formare incrostazioni e depositi di carbonato di calcio.

• corrosione delle armature;

• reazione alcali-aggregato

• aggressione del cloruro di calcio.

Nelle costruzioni stradali, invece, la presenza dei cloruri è determinata dalla necessità di spargere, durante la stagione invernale, sostanze anticongelanti a base di cloruro di calcio. Il degrado del copriferro in questo caso è facilitato dai cicli gelo-disgelo. Per rendere minimo il rischio dell’attacco dei cloruri si deve ridurre il rapporto acqua/cemento, compattare molto bene il materiale durante il getto e aumentare lo spessore di copriferro.

Qualsiasi forma di silice può reagire con il sodio ed il potassio per dare un silicato alcalino gelatinoso capace di aumentare il volume in ambiente umido. Il processo è molto veloce se la silice ha una grado di cristallinità molto basso e diventa massima se è amorfa come in alcuni minerali come l’opale e il calcedonio.

La reazione che porta alla formazione di gel gelatinoso e ad un aumento di volume dannoso per il calcestruzzo è comunque molto lenta ed occorrono mesi e talvolta anni perché il fenomeno diventi insidioso per l’opera cementizia.

Il meccanismo di aggressione avviene con una reazione chimica tra  e la portlandite presente nel calcestruzzo dopo l’idratazione () da cui si forma l’ossicloruro di calcio idrato ():

Questo composto ha un effetto dirompente nel calcestruzzo ma non è ancora spiegata la vera azione disgregante anche se probabilmente, come avviene per l’ettringite, l’ossicloruro si forma con un aumento di volume che causerebbe il fenomeno descritto.
 
 

Presentano una buona resistenza a questa variazione climatica i calcestruzzi essiccati prima di essere sottoposti al fenomeno disgregante in quanto l’effetto espansivo dell’acqua congelata è il maggiore responsabile di questo deterioramento.

La valutazione della resistenza ai cicli termici si effettua misurando i modulo elastico dinamico prima e dopo il fenomeno naturalmente ripetuto più volte in laboratorio.

 



Figura 9.2: Andamento della temperatura in un getto di calcestruzzo: T = riscaldamento del nucleo centrale; T = gradiente tra nucleo e periferia
 
 
 

La soluzione più semplice è quella di realizzare getti di basso spessore o, se questo non è possibile, di utilizzare cementi con bassi calori di idratazione che garantiscono uno sviluppo più lento delle reazione chimiche e, quindi, un gradiente termico minore.
 

Anche in questo caso la qualità superficiale del calcestruzzo fornisce una buona difesa all’erosione ed è conveniente rinforzare superficialmente il calcestruzzo dopo la sua realizzazione

Questa tipologia di calcestruzzi fibrorinforzati vengono largamente utilizzati per ridurre i danni causati dalle onde d’urto generate da cariche esplosive o per fenomeni di cavitazione molto frequenti nelle opere idrauliche.

I punti base di queste normative che hanno fatto della durabilità un’esigenza principale sono i seguenti:

• classe di esposizione: individua la categoria dell’ambiente in base al grado di aggressione nei confronti del calcestruzzo e/o dei ferri di armatura;
• limite composizionale: individua i vincoli nella composizione del calcestruzzo (soprattutto il massimo rapporto a/c e il minimo dosaggio di cemento) ed i requisiti delle materie prime in relazione alla classe ambientale;
• limite prestazionale: individua i vincoli nella prestazione corrispondenti ai vincoli compositivi da confrontare con la Rck del progetto;
• limiti del copriferro: individua lo spessore minimo di copriferro adeguato a garantire la protezione delle armature in relazione alla classe di esposizione;
• classe di consistenza: individua la lavorabilità richiesta per la posa in opera e la compattazione;
• stagionatura: individua la durata minima per la protezione dei getti in relazione alle condizione termoigrometriche dell’ambiente al momento del getto ed allo sviluppo delle resistenza del calcestruzzo.

Alla classe d’esposizione 1 appartengono gli ambienti caratterizzati d condizioni termo-igrometriche tipiche di abitazioni ed uffici: temperatura (T) > 0°C; umidità relativa (U.R.) < 70 %. In queste condizioni l’unico agente aggressivo è l’anidride carbonica dell’aria che può provocare la completa neutralizzazione della calce (carbonatazione) nello spessore dei copriferri delle strutture in c.a. e c.a.p. creando le premesse per una corrosione delle armature. E’ evidente, quindi, che mentre nessun limite viene posto per le opere in calcestruzzo normale per le opere in calcestruzzo armato a precompresso è necessario impiegare calcestruzzi non molto porosi caratterizzati da un rapporto acqua/cemento contenuto.

Se alle precendenti azioni si aggiunge l’effetto del gelo ne consegue il congelamento dell’acqua che con la sua dilatazione nel passaggio di stati provoca l’espansione del calcestruzzo.

Alla classe di esposizione 2 appartengono gli ambienti caratterizzati da una U.R. maggiore del 70 %; essi comprendono ambienti aerei esterni in genere, quelli sotto l’acqua ed in terreni non contenenti specifici sali aggressivi. In questa classe, rispetto la precedente, interviene l’azione dell’acqua (piovana, corrente, di condensa, di risalita capillare) che in aggiunta alla presenza di anidride carbonica comporta un elemento di addizionale degrado per il dilavamento del calcestruzzo, oltre alla corrosione dei ferri.

La classe di esposizione 3 considera l’effetto congiunto del gelo e dei sali disgelanti in ambienti umidi. Questa classe riguarda le opere in calcestruzzo sulle cui superfici nella stagione invernale vengono sparsi sali disgelanti per rimuovere il ghiaccio. I fenomeni di degrado del calcestruzzo comprendono l’attacco del sodio del  sugli aggregati eventualmente reattivi e l’attacco del  sulla matrice legante del calcestruzzo.

La presenza di sali disgelanti porta alla scagliatura superficiale del conglomerato con degrado interno ed esterno. L’effetto di sali disgelanti contenente cloruri si manifesta anche nelle accelerazioni della corrosione dei ferri di armatura e in presenza di alcali anche nell’innesco e nella accelerazione della reazione alcali aggregati.

Alla classe di esposizione 4 appartengono gli ambienti marini sia quelli sotto l’acqua o semi immersi che quelli in prossimità della zona costiera dove può pervenire acqua marina trascinata eolicamente. L’acqua di mare si presenta aggressiva sia nei confronti del calcestruzzo che dei ferri di armatura soprattutto per il suo contenuto di ioni solfato, sodio e cloruro. Il calcestruzzo può essere aggredito tanto dagli ioni solfato nei confronti della pasta cementizia quanto dagli ioni sodio nei confronti degli aggregati eventualmente reattivi. I ferri d’armatura di armatura possono essere corrosi, invece, dalla presenza di ioni cloruri. L’eventuale presenza di gelo, raro in Italia, in prossimità di mare determina una condizione di aggressività analoga a quella del gelo in presenza di sali.

Alla classe di esposizione 5 appartengono gli ambienti aggressivi genericamente definiti "chimicamente aggressivi" e suddivisi in tre classi di esposizione ambientale: 5a, 5b, 5c a seconda che l’aggressione sia debole, moderata o forte.
 

In relazione alle varie classi di esposizione ambientale la UNI ENV 206 prescrive rapporti a/c ed i dosaggi minimi di cemento previsti nella tabella seguente. La stessa riporta anche i valori minimi di copriferro indicati dall’Eurocodice 2.

Prescrizioni		Classe di esposizione
		1	2a	2b	3	4a	4b		5a		5b		5c
Rapporto a/c max  calcestruzzo normale calcestruzzo armato calcestruzzo precompresso		- 0.65 0.60	0.70 0.60 0.60	0.55	0.50	0.50	0.50		0.55		0.50		0.45
Dosaggio minimo di cemento kg/m calcestruzzo normale calcestruzzo armato calcestruzzo precompresso		150 260 300	200 280 300	200 280 300	200 300	300	300		280		300		300
Contenuto minimo % di aria aggiunta per aggregati con diametro max. di:  32 mm 16 mm 8 mm				4 5 6	4 5 6		4 5 6
Aggregati resistenti al gelo				si	si	si	si		si		si		si
Calcestruzzo impermeabile				si	si	si	si		si		si		si
Tipi di cemento per calcestruzzo normale e armato secondo ENV 197							resistente ai solfatise il contenuto di solfati è >500 mg/kg in acqua, >3000 mg/kg nel suolo
Copriferro minimo (mm) secondo l’Eurocodice 2[6]	c.a. c.a.p.	15 25	20 30	25 35	40 50	40 50	40 50	25 35		30 40		40 50
In aggiunta, il calcestruzzo deve essere protetto dal contato diretto con il mezzo aggressivo mediante rivestimenti, tranne nei casi in cui questa protezione non sia ritenuta necessaria. 2) I tipi di cemento permessi sono quelli previsti dalla prenorma ENV 197 o dalle norma di legge nazionale finché vigenti. Quando dei fini pozzolanici o ad attività idrauliche latente vengono introdotti nella miscela, essi non devono essere tenuti in conto nel calcolo del dosaggio minimo di cemento e del massimo rapporto acqua cemento. 3) Con un fattore di spaziatura delle microbolle d’aria inglobata di 0.20 mm. misurato sul calcestruzzo indurito. 4) Nei casi in cui il grado di saturazione del calcestruzzo resti elevato per lunghi periodi di tempo, valori o misure diversi possono essere utilizzati qualora venga accertato mediante prove che il calcestruzzo possiede un’adeguata resistenza al gelo in accordo con UNI 7087. 5) La resistenza ai solfati di un cemento deve essere determinata secondo UNI 9156 ed UNI 9607. 6) Determinazione secondo la UNI 8520/20

La proposta di una nuova classificazione è stata prevista anche dalla recente linea guida del Ministero dei Lavori pubblici del 1996 e prevede la seguente terminologia:

 

Classi	Denominazione della classe	Tipologia	Strutture
1	X0	Nessun rischio di corrosione delle armature o di attacco al calcestruzzo (X0)	Non armate
2	XC	Corrosione delle armature indotta da carbonatazione del calcestruzzo (XC)	Armate
3	XD	Corrosione indotta dai cloruri (XD)	non armate e armate
4	XS	Corrosione indotta dai cloruri dell’acqua di mare (XS)	Non armate e armate
5	XF	Attacco da cicli di gelo/disgelo (XF)	Non armate e armate
6	XA	Attacco chimico (XA)	Non armate e armate

Questi criteri sono comuni a tutte le normative riguardanti la durabilità: all’aumentare dell’intensità dell’attacco si aumenta il contenuto minimo di cemento, si abbassa il rapporto a/c e si aumenta lo spessore del copriferro.

Nelle seguente tabelle sono indicate le prescrizioni per la varie classi con la limitazione riguardante il massimo rapporto acqua cemento e il minimo dosaggio di cemento.

 

Classe	Ambiente di esposizione	Esempi di condizioni ambientali	a/c max	Contenuto minimo di cemento*
X0	molto secco	Interni di edifici con umidità relativa molto bassa	-	-
XC1	Secco	Interni di edifici con umidità relativa bassa	0.6	280
XC2	bagnato, raramente secco	Parti di strutture di contenimento liquidi; fondazioni	0.6	280
XC3	umidità moderata	Interni di edifici con umidità da moderata ad alta; calcestruzzo all’esterno riparato dalla pioggia	0.55	300
XC4	Ciclicamente secco e bagnato	Superfici soggette a contatto con acqua non comprese nella classe XC2	0.50	320
* cemento Portland 32.5 R, aggr. 20-32 mm


 

Classe	Ambiente di esposizione	Esempi di condizioni ambientali	a/c max	Contenuto minimo di cemento*
XD1	umidità moderata	Superfici esposte a spruzzi diretti d’acqua contenente cloruri	0.55	300
XD2	bagnato, raramente secco	Piscine; calcestruzzo esposto ad acque industriali contenenti cloruri	0.50	320
XD3	Ciclicamente secco e bagnato	Parti di ponti; pavimentazioni; parcheggi per auto	0.45	350
* cemento Portland 32.5 R, aggr. 20-32 mm


 

Classe	Ambiente di esposizione	Esempi di condizioni ambientali	a/c max	Contenuto minimo di cemento*
XS1	Esposizione alla salsedine marina ma non in contatto diretto con acqua di mare	Strutture sulla costa o in prossimità	0.50	320
XS2	Sommerse	Parti di strutture marine	0.45	350
XS3	nelle zone di maree, nelle zone soggette a spruzzi	Parti di strutture marine	0.45	350
* cemento Portland 32.5 R, aggr. 20-32 mm


 

Classe	Ambiente di esposizione	Esempi di condizioni ambientali	a/c max	Contenuto minimo di cemento*
XF1	grado moderato di saturazione, in assenza di agenti disgelanti	Superfici verticali esposte alla pioggia e al gelo	0.55	300
XF2	grado moderato di saturazione, in presenza di sali disgelanti	Superfici verticali di opere stradali esposte al gelo e ad agenti disgelanti nebulizzati nell’aria	0.50	320
XF3	grado elevato di saturazione, in assenza di sali disgelanti	Superfici orizzontali esposti alla pioggia e al gelo	0.50	320
XF4	grado elevato di saturazione, in presenza di sali disgelanti	Superfici verticali e orizzontali esposte al gelo e a spruzzi d’acqua contenenti sali disgelanti	0.45	350
* cemento Portland 32.5 R, aggr. 20-32 mm


 

Classe	Ambiente di esposizione	Esempi di condizioni ambientali	a/c max	Contenuto minimo di cemento*
XA1	Aggressività debole	tabella 9.1	0.55	300
XA2	Aggressività moderata		0.50	320
XA3	Aggressività forte		0.45	350
* cemento Portland 32.5 R, aggr. 20-32 mm


 

Agente aggressivo nelle acque	Grado di attacco
	debole	moderato	forte
pH	6.5-5.5	5.5-4.5	4.5-4
aggressiva (mg )	10-30	30-60	60-100
ioni ammonio (mg )	15-30	30-60	60-100
ioni magnesio (mg )	100-300	300-1500	1500-3000
ioni solfato (mg )	200-600	600-3000	3000-6000
Agente aggressivo nel terreno
ioni solfato (mg  di terreno seccato all’aria)	2000-6000	6000-12000	> 12000

Tabella 9.1
 
 
 

 

Ambiente d’esposizione		Classi di esposizione
(UNI 9858)			UNI 9858		Linee Guida
Secco/ molto secco(0)			1		X0(0)
Umido senza gelo			2a		XC1 XC2
Umido con gelo			2b		XF1
Umido con gelo e sali disgelanti			3		XF2-3
Marino senza gelo			4a		XS1 XD2
Marino con gelo			4b		XF2-3
Debolmente aggressivo			5a		XC3 XD1 XA1
Moderatamente aggressivo	5b			XA2 XC4
Fortemente aggressivo			5c		XD3 XS2 XS3 XF4 XA3


 
 
 
9.6.3 UNI 9858 e le Linee Guida del Ministero dei LL.PP.

Per quanto riguarda la durabilità Le Linee Guida recepiscono le indicazioni delle normative europee e nazionali quando, per identificare le caratteristiche di composizione del materiale, fanno riferimento alla classificazione dell’aggressività dell’ambiente in cui le opere di calcestruzzo dono destinate a vivere.

La bozza di norma europea per il calcestruzzo prEN 206 ha sostituito allo schema articolato in sette classi e sottoclassi di esposizione della ENV 206 con un nuovo schema di classificazione. Tale schema prevede sei classi principali ()X0, XC, XD, XS, XA) a loro volta articolate in sottoclassi identificate con un numero d’ordine crescente con il livello di aggressività. A tale schema fa riferimento la classificazione proposta dalle Linee Guida che riporta, per ciascuna elle sottoclassi, alcuni esempi applicativi.

La nuova classe di esposizione è stata prevista per cogliere l’articolazione delle condizioni presenti nei diversi paesi della Comunità: si pensi, ad esempio, alle diverse condizioni ambientali a cui sono sottoposte strutture marine si calcestruzzo realizzare nel mare del Nord, con temperature al di sotto di 0°C per un numero elevato di giorni dell’anno o nel mare Mediterraneo, ove le condizioni di gelo sono rare.

Nella pagina seguente è riportato una tabella di confronto tra le prescrizione promosse dalla UNI 206/UNI 9858 e quelle relative alle Linee Guida.
 
 

AMBIENTE	ESEMPIO APPLICATIVO	CLASSI DI ESPOSIZIONI						A/C max				DOSAGGIO CEMENTO  (5)
		UNI 9858	Linee Guida					UNI 9858			Linee Guida	UNI 9858			Linee Guida
			XC	XD	XS	XF	XA	n. a. (1)	a. (2)	p. (3)	(4)	n. a. (1)	a. (2)	p. (3)	(4)
SECCO	Interni di edifici con umidità molto bassa	1						-	0.65	0.60	-	150	260	300
UMIDO	Interno di edifici con umidità relativa moderata. Parti di strutture per contenimento liquidi, fondazioni	2a	1-2					0.70	0.60	0.60	0.60	200	280	300	280
UMIDO CON GELO	Superfici permanentemente o temporaneamente bagnate soggette al gelo	2b				1		0.55	0.55	0.55	0.55	200	280	300	300
UMIDOCON GELO E SALI DISGELANTI	Superfici orizzontali e verticali esposte al gelo e all’azione di agenti disgelanti anche nebulizzati in aria	3				2-3		0.50	0.50	0.50	0.50	200	300	300	320
MARINO	Strutture esposte alla salsedine: strutture sella costa o in prossimità. Strutture a contatto con acque contenenti cloruri	4a		2	1			0.50	0.50	0.50	0.50	300	300	300	320
MARINO CON GELO	Strutture sulla costa o in prossimità soggette a gelo	4b				2-3		0.50	0.50	0.50	0.50	300	300	300	320
DEBOLMENTE AGGRESSIVO	Strutture esposte ad attacco debole e a spruzzi di acque contenenti cloruri	5a	3	1			1	0.55	0.55	0.55	0.55	280	280	300	300
DEB. AGGRESSIVO CON GELO	Strutture esposte ad attacco debole e a spruzzi di acque contenenti cloruri soggette a gelo	5a+2b	3	1		1		0.50	0.50	0.50	0.55	280	280	300	300
MODERATAMENTE AGGRESSIVO	Interni di edifici con umidità medio-alta. Piscine, strutture esposte ad acque industriali contenenti cloruri. Strutture prossime alla costa	5b	4			2-3		0.50	0.50	0.50	0.50	300	300	300	320
MOD. AGGRESSIVO CON GELO	Strutture sottoposte ad attacco chimico di media entità soggette al gelo	5b+2b	4			1-2-3		0.50	0.50	0.50	0.50	300	300	300	320
FORTEMENTE AGGRESSIVO	Strutture fortemente aggredite chimicamente: calcestruzzi per ponti, pavimentazioni, solette di parcheggi aggredite da cloruri. Strutture marine	5c		3	2-3		3	0.45	0.45	0.45	0.45	300	300	300	350
FORT. AGGRESSIVO CON GELO	Impalcati stradali e ponti esposti ad agenti disgelanti, superfici verticali e orizzontali esposte al gelo e a spruzzi d’acqua contenenti agenti disgelanti	5c+2b				4		0.45	0.45	0.45	0.45	300	300	300	350
(1) Struttura non armata (2) Struttura armata (3) Struttura precompressa (4) Cemento Portland 32.5 R, dmax 20-.32 mm (5) Espresso in  di calcestruzzo