Calcestruzzo contro terra: istruzioni per l’uso

La realizzazione di opere in calcestruzzo contro terra è sempre problematica, e richiede particolari attenzioni. Per avere delle istruzioni per l'uso ho intervistato l'ing. Matteo Felitti, che con  con il supporto del geom. Arcangelo Guastafierro, esperto in impermeabilizzazione, ha risposto alle mie numerose e insidiose domande.

Calcestruzzi contro terra: basta la classe di esposizione ?

Andrea Dari

 

Gran parte dei problemi che si riscontrano nelle opere in calcestruzzo oggi accadono in quelle contro terra. 

Ho la sensazione che si tenda troppo spesso a sottovalutare il problema e prescrivere calcestruzzi solo sulla base della resistenza caratteristica e classe di esposizione. 

Quali sono le considerazioni tecniche che un progettista dovrebbe compiere quando deve affrontare queste situazioni ?

 

Matteo Felitti

Il progettista deve prescrive gli obiettivi che intende raggiungere, in termini di prestazioni. Ebbene, nel caso di opere in calcestruzzo armato contro terra, per evitare, o quantomeno minimizzare i rischi di degrado è ragionevole prestare molta attenzione ai dettagli costruttivi e al tipo di calcestruzzo utilizzato. Per inquadrare il problema inseriamo alcune foto esplicative.

 

Fig. 1 Sezione tipo di un fabbricato in calcestruzzo armato. La parte evidenziata in rosso delimita la zona di interesse (da Progetto Concrete)

Fig. 1 Sezione tipo di un fabbricato in calcestruzzo armato. La parte evidenziata in rosso delimita la zona di interesse (da Progetto Concrete)

Fig. 2 Tabella relativa alle classi di esposizione secondo la UNI 11104. In rosso evidenziata la categoria delle opere contro terra (da Progetto Concrete)

Fig. 2 Tabella relativa alle classi di esposizione secondo la UNI 11104. In rosso evidenziata la categoria delle opere contro terra (da Progetto Concrete)

 

A titolo esemplificativo, si riporta un dettaglio costruttivo sulle modalità di protezione superficiale di una parete in c.a. e relativa fondazione.

Dettaglio costruttivo di un‘opera contro terra in calcestruzzo armato con indicazione di una possibile soluzione per la protezione del calcestruzzo

Fig. 3 Dettaglio costruttivo di un‘opera contro terra in calcestruzzo armato con indicazione di una possibile soluzione per la protezione del calcestruzzo. Si vede, anche, come l’utilizzo di un giunto esterno triangolare in bentonite sodica pregelificata possa evitare completamente il passaggio dell’acqua anche in modo accidentale. (Rif. Progettazione ed esecuzione di dettagli e sistemi impermeabili in edilizia – Guastafierro Arcangelo – 2017, Maggioli Editore)

 

In merito al calcestruzzo, il Progettista, deve richiedere le seguenti prestazioni minime, nel caso specifico: 

  1. Classe di resistenza;
  2. Classe di esposizione;
  3. Classe di consistenza;
  4. Diametro massimo aggregato
  5. Massimo ritiro igrometrico accettabile;
  6. Resistenza minima a trazione;
  7. Temperatura massima al nucleo dell’elemento strutturale, cioè 70°C;
  8. La massima differenza termica tra la temperatura al nucleo e quella ambientale, non superiore ai 20°C, durante la maturazione della struttura.

Inoltre, in entrambe le classi di esposizione – XC2 e XA1 – deve indicare come eseguire una adeguata maturazione del calcestruzzo.

Infatti, una corretta e prolungata stagionatura umida del conglomerato consente di ridurre la porosità del copriferro e migliora, quindi, la resistenza complessiva della struttura nei confronti degli agenti aggressivi. Riduce al minimo la variazione volumetrica dovuta al ritiro e di conseguenza elimina quasi del tutto i fenomeni fessurativi (per approfondimenti si consultino le Linee guida per la messa in opera del calcestruzzo strutturale). 

 

Fig. 4 Parete in c.a. in casseri impermeabili in acciaio e quindi in fase di maturazione protetta (link: https://www.ingenio-web.it/23724-maturazione-dei-getti-di-calcestruzzo-fase-fondamentale-per-la-durabilita-delle-strutture-in-calcestruzzo-armato)

Fig. 4 Parete in c.a. in casseri impermeabili in acciaio e quindi in fase di maturazione protetta (link articolo)

 

Procedura per una corretta maturazione dei getti valida per tutte le opere in calcestruzzo armato: 1. stendere un telo in TNT e bagnare abbondantemente, 2. coprire con telo in politene

Fig. 5 Procedura per una corretta maturazione dei getti valida per tutte le opere in calcestruzzo armato: 1. stendere un telo in TNT e bagnare abbondantemente, 2. coprire con telo in politene, 3. irrorare per almeno 3 giorni alzando il telo in politene, 4. stagionare, compatibilmente con l’avanzamento lavori, per ulteriori 7 giorni (per gentile concessione di Roberto Marino e Mapei SpA)

 

Il problema delle infiltrazioni di acqua

Andrea Dari

Parlando con voi tecnici mi accorgo che non di rado accada che i problemi nascano dal fatto che non si è considerato gli effetti che le infiltrazioni di acqua possano portare al calcestruzzo, e che quindi non si sia previsto calcestruzzi o soluzioni ad hoc. Di recente mi hanno parlato di casi in cui, le carote su una struttura esistente, davano risultati più bassi proprio dove vi era un materiale più umido. Cosa ne pensi ?

Matteo Felitti

Quando si prevede, in fase progettuale, un possibile contatto della struttura con l’acqua, bisogna scegliere un sistema impermeabile facilmente ispezionabile e manutentabile. Inoltre, se il sistema impermeabile è applicato come coating superficiale, bisogna prescrivere – in fase di applicazione – che il supporto deve avere una umidità superficiale minore del 4%.

Infiltrazioni e errata o mancata sigillatura dei corpi passanti con conseguente percolamento dell’acqua all’interno dei locali interrati

Fig. 6: Infiltrazioni e errata o mancata sigillatura dei corpi passanti con conseguente percolamento dell’acqua all’interno dei locali interrati

 

materiale per la protezione meccanica al posto di un manto impermeabile con conseguente mancata realizzazione del sistema impermeabile

Foto 7: La scelta dei giusti materiali è fondamentale per eseguire un sistema impermeabile corretto. Nel caso specifico è stato utilizzato un materiale per la protezione meccanica al posto di un manto impermeabile con conseguente mancata realizzazione del sistema impermeabile.

 

In merito alle differenze di resistenza a compressione tra carote estratte da zone umide e da zone asciutte, in teoria tali differenze esistono - infatti nelle procedure di estrazione il campione va conservato in modo da non farlo asciugare - ma in pratica non abbiamo mai constatato una significativa differenza sia in campo, sia nella letteratura specifica.  

 La scelta dei giusti materiali è fondamentale per eseguire un sistema impermeabile corretto

Foto 8: Carote appena estratte da zone fessurate per inadeguata maturazione dei getti. Presenza di fessurazioni, quindi infiltrazioni e riduzione notevole della durabilità delle opere. 

 

Calcestruzzo e terreni contenente solfati o cloruri

Andrea Dari

Un problema analogo riguarda i getti in cui vi sono contatti con terreni contenente solfati o cloruri. Cosa si dovrebbe prevedere a livello progettuale? Si dovrebbero fare prove sui terreni? Il capitolato dovrebbe indicare anche quali cementi utilizzare e quali altri componenti? 

Matteo Felitti

I sistemi impermeabili devono poter rispondere anche a determinate sollecitazioni, fisiche e chimiche.

Per fare un esempio, non useremo mai una guaina bituminosa per impermeabilizzare una discarica perché non riuscirebbe a rispondere alla sollecitazione chimica causata dai liquami.

Allo stesso tempo dobbiamo scegliere il sistema impermeabile più adatto al terreno con cui viene a contatto. Essendo poi una struttura che non potrà ricevere manutenzione, se non ad alti costi, le protezioni meccaniche ed il drenaggio dovranno funzionare a lungo termine senza che si creino problemi al manto a tenuta.

Tra questi non vi è il cd. “bugnato”, un telo in HDPE con bugne lisce o a stella. Questo genere di materiale, se posto a diretto contatto con il terreno e il sistema impermeabile, entro breve tempo creerà danni a quest’ultimo. La scelta più facile ed efficace è un telo drenante geocomposito ad alto spessore (2 cm circa).

 

calcestruzzo è stato aggredito costantemente dall’acqua piovana che percolando lo dilava

Foto 9: Dall’analisi del caso specifico si è scoperto che manca completamente il sistema impermeabile estradossale e il calcestruzzo è stato aggredito costantemente dall’acqua piovana che percolando lo dilava.

 

Per le opere a contato con il terreno è buona norma inserire in capitolato le analisi chimiche dello stesso per verificare la presenza di sostanze chimiche aggressive per il calcestruzzo. È assolutamente opportuno, dare indicazioni sul tipo di cemento da utilizzare nelle classi di esposizione XA. Infatti, come già ben descritto da Roberto Muselli nella precedente intervista (link: https://www.ingenio-web.it/30922-calcestruzzo-contro-terra--ecco-le-prescrizioni-da-rispettare-compreso-cornetto-portafortuna), i cementi ad attività pozzolanica – come, ad esempio, il CEM III A 42.5, oppure il CEM IV – A (V) 42.5 - sono fortemente consigliati laddove si prevede un attacco chimico della pasta cementizia. 

È noto, infatti, che, sia i cloruri che i solfati, possono migrare dai terreni contaminati alle opere in c.a. attraverso il copriferro. I solfati attaccano la pasta cementizia attraverso una serie di reazioni che portano alla formazione di ettringite (cosiddetta secondaria) ed in alcuni casi di thaumasite con conseguenti espansioni e fessurazioni. 

Possibile attacco solfatico di un pilastro al piano terra

Foto 10: Possibile attacco solfatico di un pilastro al piano terra (per gentile concessione di Lucia Rosaria Mecca)

 

Corrosione promossa dai cloruri

Foto 11: Corrosione promossa dai cloruri (da Pietro Pedeferri)

 

Attualmente, con i moderni codici di calcolo, siamo in grado di simulare l’ingresso dei cloruri attraverso le sezioni in calcestruzzo armato a contatto con acque o terreni contaminati, per eseguire anali predittive del danno, sia sulle strutture di nuova realizzazione, sia sulle strutture esistenti.

Sezione in c.a. di una pila da ponte a contatto con terreno o acque contaminate da cloruri

Foto 12: Sezione in c.a. di una pila da ponte a contatto con terreno o acque contaminate da cloruri (Felitti, Oliveto, Stacec Srl) 

 

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Foto 13: Sezione in c.a. di una pila da ponte a contatto con terreni o acque contaminate da cloruri: a destra la concentrazione dei cloruri espressa in percentuale, a 50 anni e in accordo alla seconda legge di Fick; a sinistra il profilo di concentrazione al variare dello spessore di calcestruzzo penetrato (Felitti, Oliveto, Stacec Srl) 

 

Il problema delle fessure

Andrea Dari

Sempre affrontando il tema delle infiltrazioni di acqua occorre considerare anche altri due aspetti: come gestire i giunti di costruzione e come prevenire le infiltrazioni attraverso le fessure che spesso poi si formano in corso di maturazione o di esercizio. Quali sono le istruzioni per l’uso? 

Matteo Felitti

Normalmente i progettisti prevedono nei giunti due tipologie di manufatto: un giunto in gomma o plastica e un giunto bentonitico. Il primo viene normalmente usato nei giunti di dilatazione verticale perché viene immesso direttamente all’interno del getto ed è in grado di dilatarsi quanto serve. Nel caso il getto venga eseguito male o il prodotto non sia stato posizionato perfettamente o si sia spostato durante il getto, è possibile che il sistema impermeabile venga inficiato, pertanto la cura della posa di questo giunto è fondamentale. Il giunto bentonitico, invece, viene usato principalmente nella ripresa di getto tra la platea ed il muro in elevazione e viene posto all’interno dell’armatura del muro in elevazione, ancorato a terra. Anche in questo caso, se il calcestruzzo non viene vibrato adeguatamente, in quelle zone si potrebbero creare vuoti che permetteranno l’esagerata espansione ed il possibile dilavamento del giunto bentonitico.

Si potrebbero usare giunti di forma triangolare da apporre all’esterno del muro in elevazione. In questo caso l’acqua evita di entrare anche nella parte più esterna del getto e non arriverà mai a contatto con l’armatura del muro stesso. Facendo così si risolvono molti problemi legati alla corrosione, danneggiamento e mancata adesione, inoltre la lavorazione per applicarlo è più facile ed economica. Tale giunto è in bentonite pregelificata. (vedi Fig. 3).

ripresa di getto realizzata per creare la fossa ascensore

Fig. 14: Nella ripresa di getto realizzata per creare la fossa ascensore, non è stato apposto nessun sistema di aggancio o di sigillatura dell’acqua che, passando, crea danni proprio al punto specifico.

Le fessurazioni nel calcestruzzo, come accennato nelle risposte precedenti, si formano SEMPRE! Pertanto, è indispensabile agire sul mix design e su una corretta maturazione dei getti per evitare quadri fessurativi importanti e conseguenti contestazioni.

Bisogna far capire a tutte le figure professionali in campo e alle imprese, che la realizzazione di un’opera in calcestruzzo armato non si esaurisce con il getto. Infatti, le fessurazioni avvengono nelle prime ore di maturazione (ritiro plastico e ritiro termico), nei giorni e mesi successivi (ritiro igrometrico).

Si riportano alcune foto in cui si evidenziano danni importanti al calcestruzzo e alle armature, per effetto delle infiltrazioni di acqua attraverso le fessurazioni. (Per opportuni approfondimenti si veda “La durabilità delle strutture in calcestruzzo armato” di Roberto Marino).

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Fig. 15: Fessure da ritiro plastico a cui successivamente si sono sovrapposte quelle da ritiro igrometrico in un solaio per una non adeguata maturazione dei getti

 

Calcestruzzi self healing

Fig. 16: Fessure “passanti” da ritiro termico in uno sbalzo a tutto spessore. Si notano le goccioline di acqua che attraversano tutto lo spessore dello sbalzo

 

Come accennato in una precedente intervista (per approfondimenti si veda l’articolo al link), esiste la possibilità concreta di aggiungere nel calcestruzzo prodotti speciali in grado di conferire allo stesso la capacità di autoriparare le microfessurazioni. 

Gli additivi chimici, i quali, in presenza di acqua, promuovono la cristallizzazione di prodotti di reazione sulle pareti delle fessure del calcestruzzo, prendono il nome di additivi idrofillici.

Il fenomeno che comporta la crescita di cristalli di neoformazione coalescenti sulle pareti opposte di una fessura, al punto da riparare parzialmente o completamente la fessura, è noto come self-healing.

Secondo l’American Concrete Institute gli additivi idrofilici (denominati spesso anche: “cristallini”) sono quelli che, in presenza di acqua, formano silicati idrati di calcio (C3S) con un meccanismo simile a quello che governa la formazione di C3S durante l’idratazione del cemento Portland nella miscela fresca, ma differito nel tempo, ovvero quando il calcestruzzo è indurito.

Il vantaggio di questa formazione secondaria è che, se il calcestruzzo fessura, questi prodotti si attivano in presenza di acqua favorendo la precipitazione di specie minerali stabili e poco solubili che, quindi, garantiscono una sigillatura (parziale o completa), ma sempre irreversibile (per approfondimenti si veda l’articolo al link).

Nel caso di strutture esistenti è possibile eseguire opportuni trattamenti superficiali impermeabilizzanti con prodotti specifici contenenti ingredienti attivi che a contatto con l’idrossido di calcio (CH), presente nella matrice cementizia, forma un nuovo complesso cristallino, filiforme, idrosolubile (C-S-H, silicati idrati di calcio) che sigilla i pori, i capillari e le fessurazioni fino a 0,4 mm. 

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Fig. 17: Si riporta come appare una fessura (in luce diretta) con le pareti riempite dai prodotti di reazione (da Michel Di Tommaso)

 

L'intera intervista prosegue nell'allegato scaricabile.

All'interno ci saranno le risposte a queste ulteriori domande:

  • Uno dei casi applicativi dei getti contro terra è quello delle cosiddette "vasche bianche», una soluzione ingegneristicamente molto valida ma anche critica. Oltre a quanto detto nei precedenti punti cosa si dovrebbe prevedere e quali considerazioni è giusto fare ?

  • E cosa suggerisci di prevedere quando il getto del calcestruzzo avviene contro pali, parancole, ... dove ovviamente non ci sono casseforme? ti sono mai capitate situazioni che hanno poi presentato particolari problemi, e se si quali?

  • Infine, parliamo di pavimenti industriali controterra, un argomento di grande criticità. Cosa aggiungiamo di informazioni tecniche per questo tipo di realizzazione? è sufficiente mettere un telo contro terra? e se sì questo poi porta ad ulteriori problemi? insomma cosa si dovrebbe fare ?

con numerose fotografie.