Calcestruzzo per pavimentazioni esterne: analisi dei fenomeni legati alle condizioni ambientali e relative prove

Un'attenta analisi dei fenomeni di degrado che possono interessare una pavimentazione esterna in calcestruzzo nonché le prove di laboratorio, preliminari e in corso di esecuzione, sul calcestruzzo.


 

Pavimentazioni esterne: quale calcestruzzo scegliere?

L’argomento delle pavimentazioni di calcestruzzo esterne è molto delicato da affrontare, poiché oltre alle tematiche relative alle sollecitazioni dovute ai carichi, alle condizioni di uso, si potrebbero presentare, in aggiunta, condizioni severe di durabilità, il tutto sommato alla scarsa attenzione al monitoraggio e alla manutenzione, rischia di ridurre notevolmente la vita di servizio delle pavimentazioni stesse.

“Inerzie storiche” e pregiudizi relativi ai calcestruzzi prestazionali, di molti degli addetti ai lavori, favoriscono l’utilizzo di calcestruzzi con basse prestazioni e scadenti, poiché, a detta loro, danno meno problemi in fase esecutiva e hanno l’illusione di non incorrere in contestazioni immediate “da giorno dopo”.

Tale deformazione tecnico-culturale, cioè che i calcestruzzi prestazionali potrebbero innescare delle problematiche in fase esecutiva, ha prodotto dei “circoli viziosi del danno”, da cui è molto difficile uscire, facendo comparire come “eretici” tutti i “tecnici di buona volontà” che, negli anni, hanno cercato di opporsi a tale trend nazionale: costi inferiori del prodotto, illusoria facilità di posa in opera e/o finitura superficiale, hanno rafforzato tale folle teoria.

Questo atteggiamento, privo di ogni logica ingegneristica, ha portato a ignorare completamente alcune delle fasi fondamentali della realizzazione delle pavimentazioni. Hanno dimenticato, o più precisamente “non interessa nulla a nessuno o quasi”, che: eseguendo una accurata progettazione, lo studio preliminare delle miscele, l’esecuzione di porzioni di pavimentazione di prova, la preparazione del supporto secondo le specifiche progettuali, un’accurata e completa attività preventiva al getto (esecuzione strati di scorrimento, giunti di isolamento, giunti di costruzione, posa armature, ecc. …), monitoraggio delle condizioni metereologiche, con relativa scelta di orari adeguati alla stagione in corso e alle condizioni meteo stesse, un’attenta messa in opera del calcestruzzo, una rigorosa fase di controllo, la protezione dei getti in fase esecutiva,  la maturazione umida alla fine delle operazioni di finitura e l’esecuzione tempestiva o anticipa dei tagli per la realizzazione dei giunti di contrazione/controllo, possono mitigare e/o limitare e/o ridurre, entro una tolleranza ingegneristicamente corretta e accettabile, la nascita di fenomeni naturali, che caratterizzano il calcestruzzo.

Quindi, il più delle volte, viene dimenticato che una pavimentazione non deve essere “bella dopo 24 ore o 7 giorni”, ma performante durante tutta la vita di servizio, coerente ai carichi, all’uso e alle azioni ambientali a cui sarà sottoposta negli anni. 

 

Nota di “colore” 

Tale modo di operare, non è prerogativa esclusiva delle pavimentazioni esterne, ma avviene equivalentemente anche per le pavimentazioni interne.

A testimonianza di quello che normalmente avviene nei cantieri, desidero riportare un estratto di una e-mail ricevuta a luglio, come risultante di una riunione di coordinamento tra Committente, Esecutore, Progettista/Direttore Lavori e Collaudatore per la realizzazione di una pavimentazione di calcestruzzo. In tale riunione, progetto e capitolato formulati da due Tecnici del settore precedentemente interpellati, sono stati letteralmente “spazzati” e annullati. Tutto ciò porta alla luce come anche un “Tecnico di buona volontà”, che aveva chiesto il supporto esterno, si ritrova in difficoltà in un tale scenario, con prescrizioni imposte da soggetti non proprio deputati a farlo, con motivazioni e giustificazioni non sempre di carattere tecnico/scientifico approfondite.

 

Calcestruzzo per pavimentazioni esterne

… penso che il “No comment !!!”, riassuma sinteticamente qualsiasi riflessione.

 

Ora, entrando nel merito dell’argomento del presente articolo, cioè la scelta del calcestruzzo per le pavimentazioni esterne, oltre alle citate condizioni di carico e di uso, potrebbero essere soggette a continui cicli gelo/disgelo e all’attacco da cloruri, per l’uso diretto sulla superfice di agenti disgelanti oppure, i cloruri, potrebbero “arrivare” in soluzione acquosa, trasportata da veicoli e mezzi circolanti sulla viabilità ordinaria e autostradale, soggetta agli agenti disgelanti nel periodo invernale. Inoltre, i cloruri potrebbero essere presenti poiché la pavimentazione è sita in una località adiacente o poco lontana dal mare. In aggiunta a queste forme di attacco e aggressione, non si deve mai sottovalutare la presenza e l’attacco chimico, molte volte non preso in considerazione o sottovalutato.

Per tutto ciò, prima di procedere alla progettazione e alla realizzazione di una pavimentazione di calcestruzzo esterna, considerando tutti i fattori che interverranno contemporaneamente o non contemporaneamente a sollecitarla, va scelto il calcestruzzo adeguato, che risponda alle prestazioni richieste e auspicate in fase di progetto, sia per le sollecitazioni dovute ai carichi, che all’ambiente che la circonda.

Per quanto riguarda la durabilità, le strutture in calcestruzzo armato e, per il caso specifico in esame, le pavimentazioni di calcestruzzo, possono essere raggruppate in tre macro categorie:

  • che operano in servizio in clima temperato lontane dalla costa ove risulta saltuario l’impiego di sali disgelanti a base di cloruro (qualche ciclo di salatura all’anno). Gli elementi in calcestruzzo che operano in queste aree sono sostanzialmente esposti agli stessi rischi di degrado delle strutture esterne che si trovano esposte direttamente all’azione dell’acqua piovana e riconducibili essenzialmente ai fenomeni carbonatazione, per il calcestruzzo, e conseguente fenomeno di corrosione, per le armature, promossi dall’anidride carbonica gassosa presente nell’aria. I meccanismi di degrado relativi sono alle strutture aeree in clima temperato.

  • che operano in servizio in clima temperato ma risultano in prossimità della costa o a contatto con spruzzi e acque provenienti dal mare. Le pavimentazioni  in calcestruzzo che operano in queste aree sono sostanzialmente esposte agli stessi rischi di degrado delle strutture esterne che si trovano esposte direttamente all’azione dell’acqua di mare o soggette ad aerosol marino. Queste pavimentazioni, quindi, si trovano esposte a un molteplice rischio di aggressione derivante dall’azione combinata:
    • dell’anidride carbonica dell’aria con fenomeni di carbonatazione del calcestruzzo e conseguenti fenomeni di corrosione nei confronti delle armature;
    • dai cloruri provenienti dall’acqua di mare, quali, anche essi, scatenanti fenomeni di corrosione delle armature;
    • dai cloruri provenienti dall’acqua di mare nei confronti del calcestruzzo.

Per pavimentazioni che in servizio sono in prossimità della costa e anche soggette a frequenti cicli di gelo/disgelo*, vale quanto riportato nel punto successivo.

  • che operano in servizio in clima rigido laddove per prevenire la formazione del ghiaccio sulla sede della pavimentazione si fa ampio utilizzo di soluzione saline a base di cloruro di sodio e di calcio miste a pietrischetto per aumentare l’attrito dei pneumatici sulla pavimentazione. Queste pavimentazioni, quindi, si trovano esposte a un molteplice rischio di aggressione derivante dall’azione combinata:
    • dell’anidride carbonica dell’aria con fenomeni di carbonatazione del calcestruzzo e conseguenti fenomeni di corrosione nei confronti delle armature;
    • dai cloruri, dell’agente disgelante, quali anche essi scatenanti fenomeni di corrosione delle armature;
    • dei sali disgelanti nei confronti del calcestruzzo;
    • dei cicli di gelo-disgelo sia sulla matrice cementizia che sugli aggregati.

Per tutte queste pavimentazioni quindi, si devono adottare dei provvedimenti congiunti, finalizzati alla prevenzione di tutti i possibili meccanismi di degrado a cui le pavimentazione stesse sono sottoposte, senza dimenticare anche l’eventuale attacco chimico, qualora fosse presente. 

 (*) Potrebbe essere il caso del littorale adriatico Triestino, dove causa la presenza di venti freddi e condizioni climatiche particolari, si ha la coesistenza simultanea di ghiaccio e cloruri provenienti, non solo dall’eventuale salatura, ma anche dall’acqua di mare.

 

Progettazione del pavimento in calcestruzzo: approccio alla durabilità secondo normativa

All’interno dei paragrafi e/o sottoparagrafi delle “Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo delle pavimentazioni di calcestruzzo – CNR-DT 211/2014”, nello specifico “4.3 Progetto del calcestruzzo per pavimentazioni”, 4.3.2 Classe di resistenza, 4.3.3 Classe di esposizione ambientale, 8.2 Requisiti di durabilità, viene evidenziato quale approccio alla durabilità è previsto dalle “Istruzioni” stesse e quindi, quali sono le regole attuali e i riferimenti per l’ottenimento di questa “fondamentale e importante” prestazione e il tutto viene riferito a quanto previsto nelle norme UNI EN 206 e UNI 11104. Allo stato attuale delle cose, tutti i calcestruzzi per la realizzazione delle pavimentazioni, devono sottostare a queste norme “senza se e senza ma”.

 

Classi di esposizione e resistenza nazional popolari tuttofare

Quindi, l’utilizzo sconsiderato delle “Classi di esposizione nazional popolari tuttofare”, conosciute con i nomi di  “XC1 e XC2” e la “Classe di resistenza caratteristica nazional popolare tuttofare”, conosciuta dagli addetti con la sigla “C25/30”, non devono essere mai prescritte e utilizzate per le pavimentazioni esterne e, per chi scrive … e non solo lui …, nemmeno per quelle interne. Al fine di comprendere quanto enorme è la follia di realizzare pavimentazioni esterne, armate, con le sopramenzionate “Classi di esposizione nazional popolari tuttofare”, si riportano gli estratti del “prospetto 1” della norma UNI EN 206 e UNI 11104.

 Calcestruzzo pavimentazioni esterne - Classi di esposizione XC1 XC2 - UNI EN 206

Estratto “prospetto 1 – Classi di esposizione – Norma UNI EN 206”

 Calcestruzzo pavimentazioni esterne - Classi di esposizione XC1 XC2 - UNI 11104

Estratto “prospetto 1 – Classi di esposizione – Norma UNI 11104”

 

Quindi, per pavimentazioni esterne armate con armatura tradizionale o inserti metallici (… come dal “prospetto 1 – UNI EN 206 “… calcestruzzo contenente armature o inserti metallici …”): mai classi di esposizione XC0, XC1, XC2, XC3, XD1, XD2, XF1, XF2, XS2; classe di esposizione XF3, solo per pavimentazioni soggette ai cicli gelo/disgelo, ma non utilizzate nel periodo invernali, poiché non è previsto il contatto con sali disgelanti, potrebbe essere, per esempio, un tetto piano chiuso a tutti i tipi di traffico, sia pedonale che ai veicoli; classe di esposizione XC4 sempre, classi di esposizione XD3, XF4, XS1, XS3, XA1, XA2, XA3 secondo le caratteristiche dell’ambiente di servizio.

Attenzione, al fine di capire il peso di “bassa umidità relativa”, si può fare riferimento alle “Linee Guida sul calcestruzzo strutturale”, edite dal Servizio Tecnico Centrale del CSLLPP e richiamate dal D.M. 17.01.2018, nello specifico la “Tabella 10”:

Calcestruzzo per pavimentazioni esterne - Bassa umidità relativa secondo Linee Guida sul calcestruzzo strutturale del CSLLPP

… quindi, chi “abusa” di XC1, internamente e, nello specifico, esternamente, dovrebbe fare alcune profonde riflessioni.

Le pavimentazioni esterne non armate con armatura tradizionale, potrebbero anche ricadere, forse, dopo attenta e scrupolosa analisi di tutte le condizioni al contorno, nelle sole classi di esposizione XF3, XF4, XA1, XA2, XA3, poiché non hanno bisogno delle classi di esposizione relative alla difesa dalla corrosione delle armature o altri inserti metallici.

 

Degrado del calcestruzzo in presenza di ghiaccio

La presenza di clima rigido, con la conseguente formazione di ghiaccio nelle strutture in calcestruzzo può causare danneggiamenti anche gravi, il tutto esaltato da continui e frequenti cicli di gelo/disgelo. Il degrado si manifesta inizialmente sotto forma di dilavamento della pasta cementizia superficiale, con messa a nudo degli aggregati, e in fase avanzata sotto forma di scagliature e delaminazioni degli strati più esterni. In alcune strutture orizzontali il processo può addirittura culminare con la formazione di crateri tronco-conici di profondità e diametro anche di alcuni centimetri. Il ghiaccio si forma solo se è presente dell’acqua all’interno delle porosità della matrice cementizia. Per essere più precisi, il danneggiamento ha luogo solo quando si raggiunge o si supera un determinato grado di saturazione (espresso come rapporto volume d’acqua/volume dei pori), detto “saturazione critica”.

In sostanza, è fondamentale valutare le condizioni di smaltimento delle acque dalle zone corticali delle struttura, nello specifico della pavimentazione, considerando che maggiore è la velocità di smaltimento e minore risulterà il grado di saturazione locale dell’elemento. In quest’ottica si muovono anche le norma UNI EN 206 e UNI 11104 per la classificazione e la differenziazione tra attacco strutture verticali e orizzontali, come le pavimentazioni.

Una soluzione al problema della gelività del calcestruzzo è rappresentata dall’impiego dei cosiddetti additivi aeranti all’atto del confezionamento della miscela in centrale di betonaggio. Il loro compito è quello di stabilizzare (la norma usa impropriamente il temine “aggiungere”) l’aria presente nell’impasto assicurando la formazione di un sistema di microbolle omogeneamente disperso nella matrice cementizia, ove la pressione dell’acqua liquida  (generata dalla formazione del ghiaccio nei pori capillari) possa scaricarsi prima di superare la resistenza del materiale. Sostanzialmente la presenza d’aria inglobata, consente di innalzare la soglia di saturazione critica evitando il degrado. L’abuso e la non conoscenza di tale tecnologia, utilizzata per confezione calcestruzzi per pavimentazioni esterne, ha prodotto dei danni che andremo a descrivere nel prossimo capitolo.

Il livello di aggressività sul calcestruzzo, di tale attacco, dipende prevalentemente dal maggiore o minore grado di saturazione, ma anche dalla presenza o meno di cloruri, per esempio quelli contenuti negli agenti disgelanti o, per alcuni e isolati casi, sommati a quelli provenienti dall’acqua di mare, come nel caso già descritto, del littorale adriatico Triestino, dove causa la presenza di venti freddi e condizioni climatiche particolari, si ha la coesistenza simultanea di ghiaccio e cloruri provenienti, non solo dall’eventuale salatura, ma anche dall’acqua di mare, esplicano un ulteriore degrado di tipo fisico sul calcestruzzo oltre all’azione corrosiva sulle barre d’armatura.

 

Degrado del calcestruzzo in presenza di cloruri

Da quanto sopra menzionato, altro gravoso attacco che potrebbe subire una pavimentazione, è quello dovuto alla presenza di cloruri, legato ai cicli di gelo/disgelo, per l’uso diretto sulla superfice di agenti disgelanti o quelli provenienti dall’acqua di mare. Per far fronte a tutto ciò, vanno progettate e curate adeguatamente le miscele del calcestruzzo, utilizzando proporzioni e ingredienti corretti, al fine di mitigare gli effetti dei cloruri, aumentando la durabilità delle opere e riducendo gli interventi di manutenzione. Inoltre, sempre per contrastare il fenomeno in oggetto, si dovranno utilizzando cementi pozzolanici o di altoforno (cementi CEM III o CEM IV) o cementi al calcare con l’aggiunta di fumo di silice, visto che molte volte le esigenze di colorazioni chiare sono oggetto di prescrizione o per altre idee di Committenti, Progettisti, Direttori Lavori ed Esecutori. A giudizio di chi scrive, l’utilizzo del fumo di silice dovrebbe sempre essere preso in considerazione.

Pur studiando al meglio le miscele, utilizzando opportune tecniche realizzative ed eventualmente utilizzando anche dei prodotti indurenti e protettivi superficiali senza riporto, resta sempre SCONSIGLIATO versare direttamente cloruri sulle opere di calcestruzzo: uno sconsiderato uso, di agenti disgelanti, potrebbe portare al precoce degrado dell’opera e rendere necessari, oltre agli obbligatori interventi di manutenzione ordinaria, come riportato nel D.M. 17.01.2018 paragrafi 2.1 – 2.2.4 – 2.4.1 – 11.2.1 e nelle “Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo delle Pavimentazioni di calcestruzzo – CNR-DT 211/2014” par. 5.2.1 – 9.4.1 – 11.3.1 -  capitolo 12), anche interventi di manutenzione straordinaria per il ripristino e/o il rifacimento superficiale della pavimentazione stessa.

 

Degrado del calcestruzzo esposto ad agenti chimici aggressivi

Oltre alle forme di degrado viste precedentemente, esistono pavimentazione esposte all’azione aggressiva di determinati agenti chimici, che devono essere identificati e conosciuti in fase preliminare alla progettazione, al fine di porre gli interventi possibili a livello di prestazioni del calcestruzzo e per individuare il rivestimento protettivo idoneo per l’attacco preventivato o individuati e quantificati mediante analisi chimica, per una pavimentazione già in servizio e con un attacco già in corso. A tal proposito, particolarmente diffuso è l’attacco in ambiante acido.

Questo tipo di ammaloramento è più diffuso di quanto non si creda e investe le pavimentazioni a contatto con sostanze chimiche, in grado di reagire con alcuni componenti presenti nella pasta di cemento.  Sono innumerevoli le sostanze chimiche che possono promuovere i processi di degrado delle strutture e pavimentazioni di calcestruzzo, sicuramente si entrerà nel gruppo delle classi di esposizione XA (XA1 – XA2 – XA3), anche se, per buona parte dei casi, lavorare solo con le prestazioni del calcestruzzo non sarà sufficiente per resistere al degrado e sarà necessaria una protezione aggiuntiva coerente con la tipologia di attacco.  

Anche in questo caso, lo studio preliminare, la ricerca sulla tipologia e proporzionamento degli ingredienti del calcestruzzo diventa fondamentale, il tutto accompagnato da una esauriente campagna prove di laboratorio in fase di ricerca e in fase di qualifica preliminare al getto.

Nel successivo articolo che seguirà questo approfondimento, “Calcestruzzo per pavimentazioni esterne – Esempi di prescrizioni di capitolato”, verranno proposti alcuni esempi di prescrizione per il calcestruzzo, in coerenza all’ambiente in cui opererà la pavimentazione durante la vita di servizio.

 

Una nota sui giunti di contrazione/controllo

Si desidera ricordare che la durabilità di una pavimentazione, esterna, ma anche interna, passa anche attraverso altre attenzioni e lavorazioni. I tagli eseguiti per realizzare giunti di contrazione/controllo, devono essere sigillati ermeticamente e non solo riempiti con il “profilo temporaneo” (vedi paragrafo 9.4.1 – Istruzioni CNR-DT 211/2014), al fine di garantire la protezione del giunto e di non far entrare agenti aggressivi attraverso il giunto e relativa fessura “correttamente formatasi”.

 

“Durabilità specifica” per pavimentazioni

Dal continuo dialogo tra tecnici di settore e tecnici della durabilità, è emersa la necessità di un approfondimento e un accurato studio della durabilità delle pavimentazioni e relativi calcestruzzi, al fine di avviare un progetto di ricerca, con lo scopo di conoscere, in prima battuta e in seconda battuta, di far evolvere la normativa per la durabilità specifica per le “sole” pavimentazioni di calcestruzzo. Quindi, c’è la necessità di fatti concreti, evoluzione scientifica, incremento della conoscenza, studi, approfondimenti e non solo parole e/o “discussioni da bar” e/o tentativi di andare al risparmio, come sta avvenendo nel mondo dei cantieri reali, con il SOLO risultato di impinguare, sempre più, i fascicoli dei Tribunali italiani. Qualcosa, in fatto di prescrizioni normative dedicate, possiamo già trovarlo nel mondo anglosassone, contenuto nella BS 8500-1.

 

Riflessioni relative allo strato di usura (o di finitura) collegate alla tipologia del calcestruzzo della piastra

Nel seguente paragrafo si analizzeranno una serie di fenomeni scatenati dalla tradizione, dalla copiatura e/o rielaborazione di obsolete voci di capitolato vecchie e/o superate e/o confuse, dalla tendenza ad affermare: “… abbiamo sempre fatto così …”, da parte di Committenti, Progettisti, Direttori Lavori e Imprese di Costruzione.

Le richieste dei Committenti, le prescrizioni progettuali e/o voci contrattuali, con l’intento di esigere che per la realizzazione delle pavimentazioni si faccia uso del “metodo a spolvero”, con la delirante pretesa di applicarlo su calcestruzzi aerati, implica alcune valutazioni, riflessioni e approfondimenti sull’argomento, tralasciando, però, commenti e osservazioni del perché di tale “eroica resistenza”, dietro le “barricate dello spolvero”.

Fortunatamente, qualche documento ufficiale, incomincia a supportare una nuova frontiera e qualcosa è stato scritto e affermato: i calcestruzzi aerati non devono essere spolverati. Per inquadrare al meglio l’argomento, si riporta quanto previsto dalle “Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo delle Pavimentazioni di calcestruzzo – CNR-DT 211/2014”.

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L'articolo prosegue con due paragrafi dedicati a: "Considerazioni tecniche relative alla tipologia di finitura dello strato di usura (o di finitura)" e "Calcestruzzi soggetti a ciclo gelo/disgelo e sali disgelanti – Prove di laboratorio e metodi di valutazione dei risultati delle prove stesse".


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