Il degrado del calcestruzzo

Il calcestruzzo è eterno

... finchè dura

Modulo 1 di 3 Il Degrado del Calcestruzzo

Modulo 2 di 3La Carbonatazione

Modulo 3 di 3Misurare la Profondità di Carbonatazione

La fama di eternità legata alla durabilità del

calcestruzzo è stata seriamente intaccata

dalla modifica delle condizioni ambientali,

il progressivo aumento dell’inquinamento

e dell’aggressività atmosferica. Vista

l’elevata incidenza di questo fenomeno, il

degrado del cemento armato costituisce un

rilevante aspetto dell’ampio problema della

conservazione delle strutture.

CauseGli elementi corrosivi dell’atmosfera che possono

generare il decadimento delle proprietà tecnologiche

dei materiali sono:

- l’ossigeno, quale ossidante e sostenitore delle

reazioni chimiche;

- il vapore d’acqua, che per condensazione sulle

superfici risulta il solvente ideale;

- gas, quali l’anidride carbonica o l’anidride solforosa.

Altri fattori che influenzano il comportamento

del calcestruzzo e modificano la durabilità delle

strutture in cemento armato sono:

- la composizione dei materiali costituenti il

calcestruzzo (cemento, sabbia, inerti, ecc.);

- le tecniche di posa in opera.

Il degrado del calcestruzzo è difficilmente

attribuibile ad una sola causa poiché spesso più

processi possono avvenire contemporaneamente,

interagendo tra loro. Essi portano ad una

diminuzione del carattere protettivo del

calcestruzzo dal punto di vista fisico (aumento

della permeabilità, formazione di fessure,

distacchi di materiale) favorendo così la

penetrazione di sostanze aggressive nel materiale

e promuovendo la corrosione dell’eventuale

ferro di armatura.

IL DEGRADO DEL CALCESTRUZZOModulo 1 di 3

1

PrevenzioneLa prevenzione del degrado parte innanzitutto

dall’analisi dei fenomeni superficiali che alterano

le caratteristiche originarie del calcestruzzo.

Le patologie maggiormente diffuse riguardano

strutture e manufatti realizzati con finitura a

cemento armato a vista, che maggiormente sono

esposte agli agenti atmosferici. La distinzione

dei diversi fenomeni di degrado consente di

valutarne l’origine e di stimarne l’evoluzione oltre

che indirizzare eventuali metodi di risanamento

e conservazione.

Colatura / Efflorescenze

Per gli elementi di facciata particolarmente esposti

è possibile osservare fenomeni di colatura, con la

presenza di aree di colore diversificato, con zone

alternate di dimensione variabile, ad andamento

prevalentemente verticale e parallelo di colore

più scuro e più chiaro, e talvolta fenomeni

di deposito superficiale con corrispondente

accumulo di materiali estranei di varia natura,

di spessore variabile aventi scarsa aderenza al

materiale sottostante. La contemporanea presenza

di efflorescenze con formazioni superficiali di

colore biancastro ed aspetto cristallino associata

a macchie ed alterazioni cromatiche localizzate

sulla superficie, indica la possibile presenza di un

degrado piuttosto avanzato.

L’alterazione dello strato di finitura

costituisce la pre-condizione per la

propagazione di fenomeni di degrado anche

all’interno della struttura.

CorrosioneIl degrado delle caratteristiche del calcestruzzo

influenza la durabilità del manufatto e può

condizionare la funzionalità della struttura

2

Modulo 1 di 3: Il Degrado del Calcestruzzo

soprattutto quando determina l’innesco della

corrosione nelle armature.

In condizioni normali il calcestruzzo sano

presenta valori di pH compresi tra 12,6 e 13,8

e in tale ambiente alcalino il ferro di armatura

può assumere condizioni di passività dovute

alla formazione di uno strato protettivo di

ossidi che riducono la velocità di corrosione.

Quando il pH del calcestruzzo si modifica

a causa delle reazioni chimiche dovute

all’interazione con l’ambiente, nelle armature

si distrugge progressivamente il film protettivo

e in determinate situazioni avviene l’innesco

della corrosione. L’attivazione del ferro, nella

maggior parte dei casi, è dovuta al processo di

carbonatazione oppure alla penetrazione dei

cloruri che, in genere, destabilizzano lo strato di

ossidi protettivi.

CarbonatazioneIl fenomeno della carbonatazione è legato in

maniera evidente al trasporto dell’anidride

carbonica dell’atmosfera attraverso i pori

del cemento. L’anidride carbonica presente

nell’atmosfera quando viene a contatto con il

calcestruzzo neutralizza, a partire dagli strati

più esterni, i suoi componenti alcalini.

Ca(OH)2 + CO

2 > CaCO

3 + H

20

La verifica dell’evoluzione della propagazione

della carbonatazione, diviene perciò determinante

ed indispensabile per conoscere lo stato di

conservazione del calcestruzzo e stimare il tempo

di innesco della corrosione nella struttura.

La profondità di carbonatazione si può

determinare mediante la prova alla fenolftaleina.

(Metodologia definita dalla norma UNI

9944:1992). Fino ad oggi la consuetudine

dell’utilizzo di attrezzature di prelievo

ingombranti e costose unita alla necessità di

personale specializzato, ha reso l’esecuzione

di queste prove limitata alle infrastrutture di

maggiore rilievo.

3

CARBONTEST®

Per ovviare a questi limiti logistici ed economici è

stato sviluppato il metodo d’indagine innovativo

CARBONTEST®, in grado di effettuare l’analisi

della profondità di carbonatazione con la stessa

precisione ed accuratezza con tempi nettamente

inferiori.

Il metodo di campionatura, basato sul prelievo

della polvere di calcestruzzo durante una

perforazione eseguita con un comune trapano

a percussione, consente di raccogliere la polvere

in un apposito dispositivo predisposto per la

successiva analisi di carbonatazione. L’analisi

del campione raccolto attraverso l’uso della

fenolftaleina permette l’immediata misurazione

della profondità di carbonatazione.

La possibilità di eseguire molteplici prelievi

in un periodo di tempo piuttosto basso rende

questo nuovo strumento appetibile e consigliato

per qualsiasi utilizzo e tipologia strutturale.

La possibilità di misurare la profondità di

carbonatazione in diversi punti all’interno della

stessa struttura, inoltre, permette di rielaborare

i dati avendo maggiori informazioni per

programmare il tipo di intervento da eseguire.

4

Modulo 1 di 3: Il Degrado del Calcestruzzo

metodo tradizionale

CARBONTEST®

La carbonatazione del calcestruzzo costituisce

la principale causa dell’innesco della corrosione

nelle armature. Questo fenomeno non è dannoso

per il calcestruzzo non armato tanto più che la

resistenza del conglomerato presenta perfino un

leggero incremento. La carbonatazione toglie al

calcestruzzo la capacità di mantenere condizioni

di passività alla superficie delle armature.

L’evoluzione del degrado nella vita utile di una

struttura in calcestruzzo armato può essere

distinta in due diversi periodi che a seconda delle

condizioni ambientali possono essere più o meno

lunghi.

Nel periodo di Innesco si producono i fenomeni

che portano alla perdita delle condizioni di

passività.

Nel periodo di Propagazione la diffusione

della corrosione, a partire dalla distruzione del

film protettivo, determina la corrosione delle

armature.

La reazione di carbonatazione interessa l’idrossido

di calcio presente nel conglomerato cementizio

che interagendo con l’anidride carbonica

dell’ambiente genera il carbonato di calcio, e tale

reazione può essere descritta globalmente come:

Ca(OH)2 + CO

2 > CaCO

3 + H

20

Il calcestruzzo è solitamente caratterizzato da

un pH compreso tra 12,6÷13,8, e conferisce

caratteristiche protettive nei confronti del ferro che

si ricopre di un film di ossido di pochi nanometri

di spessore.

L’alcalinità del calcestruzzo si riduce

progressivamente al contatto con l’anidride

carbonica presente nell’atmosfera

(Carbonatazione) per cui il pH si riduce a valori

inferiori a 9. In queste nuove condizioni il film di

ossido viene distrutto e si annullano le condizioni

di passività delle armature.

La distruzione del film è la precondizione

per il prodursi della corrosione che avverrà in

condizioni adeguate ed in presenza combinata di

acqua ed ossigeno. La corrosione delle armature

porta ad una progressiva riduzione dei margini

di sicurezza previsti nella progettazione

strutturale.

LA CARBONATAZIONEModulo 2 di 3

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La corrosione da carbonatazione interessa

praticamente tutte le costruzioni in calcestruzzo

armato dopo alcune decine d’anni di servizio.

Costituisce quindi un grave problema non

solo per l’edilizia abitativa ma anche per

infrastrutture ed edifici pubblici soprattutto nei

casi di calcestruzzo faccia a vista.

ManutenzionePer una corretta gestione della manutenzione

delle opere in calcestruzzo armato è necessario

effettuare controlli che consentano di

diagnosticare le eventuali forme di degrado in

atto, l’estensione e la sua evoluzione futura.

Questi controlli sono indispensabili per progettare

qualsiasi efficace intervento di risanamento.

Per valutare il degrado su una struttura

è possibile effettuare analisi in loco che

consentono di misurare la profondità del fronte

di carbonatazione, determinare l’evoluzione

futura della penetrazione e prevedere l’innesco

dei fenomeni corrosivi alle armature.

La profondità di carbonatazione si può

determinare mediante la prova alla

fenolftaleina. (Metodologia definita dalla

norma UNI 9944:1992). Il procedimento sfrutta

le proprietà del reagente che cambia colore,

virando al rosso al contatto con il calcestruzzo

avente pH>9,2 e rimanendo incolore per valori

di pH inferiori.

CARBONTEST®

Per ovviare alle note problematiche presenti nel

metodo tradizionale; soprattutto legate al prelievo

del provino mediante carotatrice, l’innovativo

metodo CARBONTEST® consente di prelevare

la polvere di calcestruzzo utilizzando un

trapano a percussione tradizionale.

La polvere raccolta e convogliata nell’apposita

provetta trasparente è analizzata immediatamente

dopo il prelievo.

La misurazione della profondità di carbonatazione

avviene con precisione millimetrica. La

semplicità dei prelievi e la velocità dell’analisi

permettono di eseguire molti prelievi in poco

tempo migliorando il campione di provini a

disposizione e raffinando la precisione della

diagnosi del degrado.

Modulo 2 di 3: La Carbonatazione

La scuola Media “Pier Lombardo” di Novara,

edificata nella seconda metà del secolo scorso,

presenta una struttura portante a telaio costituita

da travi e pilastri che per motivi architettonici

sono con finitura in cemento armato faccia a

vista.

La posizione dei tamponamenti esterni,

leggermente rientrata rispetto al filo della

facciata, determina la formazione di zone in

cui si creano depositi di materiale organico ed

impurità derivanti dal dilavamento della facciata.

Mentre le travi ed i pilastri della struttura sono

realizzati con cemento armato gettato in opera, i

voltini superiori delle finestre ed i davanzali sono

realizzati con elementi prefabbricati in cemento

armato.

Il Comune di Novara, vista la situazione di

MISURARE LA PROFONDITÀ DI CARBONATAZIONE

degrado generalizzato in cui si presentano le

facciate dell’edificio ha deciso di effettuare delle

verifiche approfondite sull’evoluzione dello

stato conservativo delle strutture per pianificare

in modo opportuno gli interventi di ripristino

ed intervenire in modo differente a seconda del

tipo di evoluzione del degrado.

Considerando che la principale causa dell’innesco

della corrosione delle armature è causata dalla

carbonatazione del calcestruzzo, che determina

la riduzione della passivazione delle armature,

è apparsa subito chiara la necessità di procedere

all’esecuzione, su vasta scala, di prelievi per

l’individuazione del fronte di carbonatazione

nei vari punti dell’edificio.

Modulo 3 di 3

7

del viraggio al rosso magenta del calcestruzzo

non carbonatato ha determinato in tutti i casi

con precisione millimetrica la carbonatazione in

atto. Il sondaggio ha compreso la chiusura del

foro di perforazione con stucco per cemento.

Complessivamente sono stati eseguiti n°80

prelievi e la possibilità di effettuare il singolo

prelievo con la successiva analisi in un tempo di

circa 5 minuti ha permesso di effettuare le prove

su tutti i prospetti e in tutte quattro le tipologie

di componenti presenti nelle facciate (travi,

pilastri, gronde e voltini).

Al termine dei prelievi e delle misurazioni,

per effettuare in modo rapido e preciso la

rielaborazione dei dati, e per la successiva

stesura della relazione tecnica con l’indicazione

dei punti di prova è stato utilizzato il software

CARBONTEST Report® che è stato

appositamente creato per riorganizzare i prelievi

Le complicazioni legate alle modalità di prelievo

mediante carotaggio avevano scoraggiato

l’amministrazione comunale ad avviare una

simile indagine che poteva risultare troppo

invasiva e costosa. La scoperta dell’innovativo

metodo CARBONTEST® ha eliminato i limiti

presenti nel metodo tradizionale ed ha consentito

la realizzazione della campagna d’indagine.

Indagine mediante CARBONTEST®

L’esecuzione dei sondaggi diagnostici con il

metodo CARBONTEST® per la valutazione

della profondità di carbonatazione sulle

strutture in cemento armato è stata effettuata

raccogliendo con continuità le polveri prodotte

durante la perforazione di parti del manufatto

mediante l’impiego di un trapano a percussione

con punte per muratura del diametro di 10 mm.

L’attrezzatura utilizzata per la raccolta e l’analisi

del campione è conforme con quanto previsto

dalla norma UNI 9944:1992 di riferimento.

L’analisi della profondità di carbonatazione è

stata eseguita disponendo la soluzione alcolica

di fenolftaleina lungo la fessura presente sulla

provetta di raccolta e la misurazione contestuale

8

e per raggrupparli per tipologie omogenee di

esposizione, tipologia o finitura. La possibilità

di rielaborare le misurazioni compiute durante

i prelievi ha consentito di ricostruire, caso

per caso, il grafico di propagazione della

carbonatazione e di stimare l’evoluzione futura

del degrado nei vari elementi analizzati.

RisultatiDalle analisi eseguite è emerso che la profondità

del fronte di carbonatazione nelle travi e nei

pilastri gettati in opera, a parità di esposizione

e di condizioni ambientali, è maggiormente

avanzata rispetto a quella dei voltini prefabbricati,

che presentando un getto più compatto e

meno poroso hanno resistito meglio agli agenti

aggressivi atmosferici.

L’esecuzione delle prove di carbonatazione

VALUTAZIONE DELLA PROFONDITA' DI CARBONATAZIONE

Min =15,0 mm Med=22,30 mm Max =28,0 mm

Edificio di 30 anni - Coefficiente velocità di propagazione K = 12,68

S.Q.M.=3,73

1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

5

10

15

20

25

30

40

50

5

10

15

20

25

30

40

50

Tempo (t)

Carb

onat

azio

ne (s

)

Copr

iferro

(c)

anni

mm

Copriferro = 28 mm

mm

2011

2031

ha pertanto consentito di avere un quadro

preciso dello stato di conservazione delle

strutture e ha permesso all’amministrazione di

valutare l’utilizzo di tale tecnica anche per altri

edifici analoghi, al fine di valutare il degrado

del calcestruzzo nella fase di innesto della

corrosione senza attendere la formazione di

fessurazioni, distacchi e danni superficiali

provocati dalla propagazione della stessa.

9

Modulo 3 di 3: Misurare la Profondità di Carbonatazione

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DIAGNOSTICA PER L’EDILIZIA

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