Valutazione della resistenza residua delle armature esposte al fuoco

È noto che le strutture in calcestruzzo armato hanno buone probabilità di sopravvivere all'incendio, grazie alla bassa diffusività termica del materiale, all'iperstaticità dello schema statico ed alla ridotta intensità dei carichi che in genere accompagnano questo evento eccezionale. Con riferimento alle armature metalliche, queste sono poi in grado di recuperare parte delle loro proprietà meccaniche durante il raffreddamento, sebbene ciò dipenda sensibilmente dalle loro proprietà metallurgiche. Di fatto, le caratteristiche originarie di resistenza e duttilità richieste al materiale possono essere ottenute sia con l'aggiunta di elementi leganti che con opportuni trattamenti termici e meccanici in fase di laminazione, il cui effetto però si perde a fronte del processo di normalizzazione indotto dall'esposizione al fuoco. Al fine di valutare la sicurezza residua della struttura incendiata diventa quindi importante disporre di strumenti non distruttivi per la stima del decadimento delle proprietà meccaniche delle barre d'armatura, che possibilmente non siano influenzati dalle loro caratteristiche iniziali e dal processo produttivo.

Le strutture in calcestruzzo spesso mostrano una buona resistenza all'incendio, grazie ad una serie di fattori favorevoli. Da un lato, la bassa diffusività termica del materiale garantisce una propagazione relativamente lenta del calore nelle membrature e quindi un ridotto decadimento della resistenza di ciascuna sezione (purché di adeguato spessore). D'altro canto, nel caso delle strutture gettate in opera, l'iperstaticità dello schema statico richiede il coinvolgimento di più sezioni, diversamente esposte e sollecitate, in un eventuale collasso. Infine, i carichi statici che agiscono durante un incendio sono in genere ben inferiori a quelli massimi di progetto, e questa riserva di capacità portante compensa il deterioramento dei materiali e contribuisce significativamente alla resistenza al fuoco della struttura. Occorre dire che il danno subito dallo strato superficiale di calcestruzzo è praticamente irreversibile e spesso si rende necessaria la sua sostituzione per soddisfare i requisiti di sicurezza e durabilità. Viceversa, ci si può attendere che le armature d'acciaio riacquistino una quota consistente della loro resistenza durante il raffreddamento. L'entità di questo recupero è un aspetto di notevole importanza, dal momento che spesso le armature rappresentano il punto debole delle sezioni (si pensi agli elementi inflessi) e la struttura sopravvissuta all’incendio sarà in ogni caso tenuta a resistere alle azioni massime associate allo Stato Limite Ultimo, in accordo con le vigenti normative. Le proprietà iniziali delle armature per calcestruzzo dipendono dalla microstruttura dell'acciaio [1], che viene modificata durante il processo produttivo mediante l'aggiunta di elementi leganti o con opportuni trattamenti termici e meccanici, in modo da conferire le caratteristiche di resistenza, duttilità e saldabilità necessarie per le applicazioni strutturali. Tuttavia, da questi aspetti dipende anche la loro sensibilità al ciclo termico di riscaldamento e raffreddamento causato da un incendio , che in particolare è influenzata da: a) la dimensione media delle regioni con orientamento omogeneo del reticolo cristallino (grani); b) il numero dei difetti su scala atomica (dislocazioni); c) la presenza di eventuali elementi leganti e d) il processo di produzione (per es. acciai laminati a caldo o a freddo). In un recente lavoro [2] si è visto che le moderne barre trattate con tempra e rinvenimento alla fine della laminazione (processo Tempcore o Thermex) si dimostrano più sensibili delle vecchie barre al carbonio, se esposte a temperature superiori a 550°C. Un discorso a parte merita l’acciaio inossidabile, che mostra un ottimo comportamento al fuoco se laminato a caldo, mentre è vero il contrario nel caso di laminazione a freddo [2]. Considerato il vasto assortimento dei tipi d’acciaio che è possibile incontrare nelle strutture esistenti e la forte variabilità delle condizioni di riscaldamento riconducibili agli scenari di incendio reali, si rendono necessari dei metodi di indagine rapidi ed efficaci, che non richiedano una preventiva conoscenza delle caratteristiche metallurgiche delle barre in esame. A tal fine, in questo studio sono stati indagate due tecniche distinte: la misura dinamica della durezza con un apposito strumento portatile (metodo Leeb) e la valutazione della resistenza alla perforazione mediante un trapano opportunamente strumentato. Nell'articolo vengono discusse le problematiche legate all’implementazione dei due metodi, la loro sensibilità al danno termico subito dalle barre d’armatura e le possibili interpretazioni dei risultati.


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