La durabilità dei materiali e il crollo del ponte di Genova

Crollo del ponte: tra le concause sicuramente la durabilità dei materiali

L’articolo dell’ing. Morandi, scritto a circa 10 anni dal completamento dell’opera, metteva già in evidenza come la struttura si fosse ammalorata per aggressione chimica da parte dell’ambiente di esercizio.
Non entro nei riferimenti progettuali, e delle cause che hanno portato al crollo del viadotto Polcevera, oltretutto non di mia competenza e su cui le Commissioni indagheranno, ma desidero esprimere e commentare l’articolo, dello stesso ingegnere, circa i fenomeni ambientali che hanno investito la struttura nel corso dei 50 anni circa di esercizio.
Si può, comunque, affermare che una delle concause riguarderà proprio la durabilità dei materiali, in particolare quella del calcestruzzo impiegato per la costruzione del ponte.
Lo stesso ing. Morandi scriveva che tutta la struttura veniva “investita” da venti provenienti dal mare con immissione di vapori e fumi provenienti dalle attività industriali che hanno simultaneamente creato un attacco chimico alla superficie dei conglomerati cementizi con fenomeni corrosivi evidenti.
In particolare:

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L’articolo si concludeva con la raccomandazione di preservare nel corso del tempo il calcestruzzo armato proteggendo l’armatura e la superficie dello stesso dall’aggressione chimica provenienti dall’ambiente.
Anche la mancata durabilità del materiale calcestruzzo ha presentato un conto troppo tragico, con i suoi 43 morti.

La durabilità del calcestruzzo un concetto purtroppo troppo recente

Ma la durabilità, ai tempi della costruzione del ponte, era materia ancora del tutto sconosciuta.
Abbiamo dovuto attendere molti anni, in pratica fino al 2001, anno della prima pubblicazione della UNI EN 206, per avere una normativa che sostanzialmente categorizzava le classi di esposizione ambientali in funzione dell’interazione ambiente-calcestruzzo e, quindi, struttura-ambiente.
È stato un percorso molto lungo, troppo lungo.
Basti pensare che nel Decreto Ministeriale del 1996, sulle Norme Tecniche, al paragrafo Durabilità, il testo era costituito di poche righe, senza fornire al prescrittore elementi di requisiti fondamentali ed utili per ottenere una minima durabilità della vita utile di esercizio delle opere.
Abbiamo atteso fino al 2005, anno in cui venne pubblicato il Decreto sulle Norme Tecniche per le Costruzioni, diventata poi cogente nel 2009, in cui si iniziava a prescrivere la durabilità nei giusti termini tecnico scientifici e, al contempo, normativi.

Viadotto Polcevera: i materiali di allora

Inoltre, è bene chiarire che negli anni della costruzione del ponte, i cementi di allora non erano certamente i cementi di oggi, dal momento che la nuova normativa sui leganti idraulici fu pubblicata nel 1968.
Un articolo pubblicato su INGENIO riporta la tabella indicante le caratteristiche dei calcestruzzi e degli acciai impiegati per la costruzione.
Si noti, per esempio, come la normativa del tempo classificavano i cementi in 600 e 730.

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Si evince, naturalmente, come era prassi a quei tempi, una prescrizione di tipo “composizionale” e non “prestazionale”, come, invece, l’attuale normativa italiana prescrive da anni.

Potrebbe essere utile, alla luce delle considerazioni scritte dall’ing. Morandi, ipotizzare le classificazioni di esposizione ambientale con le prescrizioni minime in termini di proprietà fisico chimico meccaniche dei calcestruzzi occorrenti alla realizzazione dell’opera.

Le condizioni di esposizione ambientale del ponte di Genova

L’ambiente in cui è stato costruito il ponte presenta diverse tipologie di aggressione chimica e le vorrei brevemente riassumere.
Si tenga anche presente, come è noto, che ad ogni classe di esposizione ambientale l’Eurocodice2 stabilisce lo spessore minimo dei copriferri: alcune immagini dei tronconi dei pilastri collassati evidenziano in modo, per me inequivocabile, armature quasi “a fior di pelle” esponendo la superficie del calcestruzzo ad attacchi molto “veloci” da parte delle sostanze aggressive.
Per le classi di esposizione ambientali, si devono considerare tutte quelle sostanze aggressive che possono nel tempo, ed in corso di esercizio, portare ad un ammaloramento del calcestruzzo.

Quando una struttura è esposta all’aria la relativa classe di esposizione ambientale è XC4.
Con tale classe, la UNI EN 206 individua, come rischio di ammaloramento del calcestruzzo, la corrosione delle armature indotta da carbonatazione, in presenza di cicli in cui la superficie del conglomerato presenterà sia lo uno stato secco sia uno stato umido.
In sintesi, la carbonatazione è una reazione chimica che, per effetto della presenza di anidride carbonica, CO2 nell’aria, porta ad una riduzione del pH della pasta cementizia, innescando un processo elettrochimico di corrosione, in presenza sempre di acqua e ossigeno, che lentamente ridurrà la sezione dei ferri d’armatura fino a farli scomparire.
Il fenomeno è piuttosto evidente perché si manifesta con vistose fessurazioni superficiali (spalling e delaminazione) sotto le quali si potrà notare lo stato ormai compromesso dei ferri d’armatura.
La resistenza caratteristica minima per un calcestruzzo in XC4 deve essere ≥ di 40 MPa.

La struttura si trova ad appena un km dal mare.
La UNI EN 206 prende in considerazione tale tipologia di esposizione ambientale, dal momento che vento e pioggia proveniente dal mare non possono che depositare in superficie al calcestruzzo cloruri e solfati compresi.
La classe di esposizione ambientale è la XS1, relativa a strutture, non a contatto con il mare, ma soggette all’azione del vento e dell’acqua che sono in grado di trasportare i sali di cloro e ioni solfato.
Sono due sostanze aggressive nei confronti sia dei ferri d’armatura e sia nei confronti della pasta cementizia.
Lo ione cloro, per esempio, può, per diffusione, penetrare all’interno del calcestruzzo, arrivare in superficie ai ferri d’armatura ed innescare un processo corrosivo con velocità di corrosione più elevata rispetto a quello generato dalla carbonatazione.
I solfati possono reagire con l’idrato di calcio della pasta cementizia (anche l’ing. Morandi ne fa cenno) per formare ettringite secondaria che, espandendosi, genera uno stato fessurativo evidente ed espone i ferri d’armatura in una condizione di pericolo fessurativo.
La resistenza caratteristica minima per un calcestruzzo in XS1 deve essere ≥ di 40 MPa.

È difficile dire quale fosse la concentrazione dei cloruri in superficie al calcestruzzo per cloruri non provenienti da acqua di mare.
Non ho notizie in merito ma si potrebbe ipotizzare anche una classe di esposizione ambientale XD3 con resistenza caratteristica ≥ di 45 MPa.

Il punto di maggiore riflessione dovrebbe riguardare anche l’analisi dell’ing. Morandi quando scrive di fumi acidi provenienti dalle ciminiere degli stabilimenti vicino al ponte.
È possibile che i vapori industriali contenessero sostanze come anidride solforosa, idrogeno solforato, NOx che, ossidandosi e reagendo successivamente con acqua e in determinate condizioni, hanno portato alla formazione di sostanze acide che si sono lentamente depositate in superficie al calcestruzzo creando le condizioni di ulteriore danneggiamento.

L’aspetto che più desidero sottolineare è che la tipologia di cemento avrebbe rivestito un ruolo decisamente importante dal punto di vista della durabilità, ma credo che non si abbiano notizie in merito.

Considerando tale struttura, con quelle condizioni ambientali di esercizio, ad oggi la prescrizione del cemento sarebbe assolutamente caduta su un cemento pozzolanico o un cemento alla loppa d’alto forno.
Queste tipologie di cemento, CEM IIIA o CEM IVA, assicurano una durabilità delle strutture più lunga per le caratteristiche di alta pozzolanicità di cui sono dotati tali leganti idraulici.