La resistenza delle barre di armatura nei ponti in c.a. realizzati nel secolo scorso

I ponti in c.a. presenti lungo le strade italiane sono stati realizzati, per la maggior parte dei casi, nel secolo scorso e devono continuare a garantire la piena funzionalità delle infrastrutture con i carichi attuali. Al fine di valutare i corretti margini di sicurezza di dette strutture, occorre conoscere la resistenza a trazione delle barre di armatura impiegate all’epoca della costruzione.

L’estrazione delle armature metalliche per l’esecuzione di prove di laboratorio non è sempre possibile, pertanto occorre un metodo predittivo, come le curve “strength-for-age” già proposte per il calcestruzzo. Tali curve, ricavate dai certificati di prova del Politecnico di Torino e suddivise per annata, sono poste a confronto con gli esiti di indagini eseguite di recente su alcuni ponti in cemento armato della Provincia di Cuneo.


Come è cambiata la classificazione dei prodotti siderurgici

La principale e più antica classificazione dei prodotti siderurgici individua, in base al tenore di C, tre grandi gruppi: ferro, acciaio e ghisa. Il primo con meno dello 0,34% di C, l’acciaio da 0,34% a 1,7% e le ghise da 2,5% a 6.6%. Inizialmente detta classifi- cazione era netta poiché si producevano materiali molto distanti fra loro in termini di tenore di C: i metalli extra dolci erano ottenuti allo stato pastoso nei forni di pudellatura, gli acciai duri al crogiolo o per cementazione (Galassini 1945).

Con l’avvento dei procedimenti Bessemer, Thomas, Martin-Siemens o elettici, si è potuto produrre ferri acciaiosi e di acciai dolci allo stato liquido, abbandonando la produzione di ferro pudellato (Galas- sini 1945). Conseguentemente si è pervenuti già nella prima metà del ‘900 alla seguente classificazione:

 

  • acciai extradolci: C < 0,15%;
  • acciai dolci: 0,15% < C < 0,30%;
  • acciai semiduri: 0,30% < C < 0,45%;
  • acciai duri: 0,45% < C < 0,65%;
  • acciai extraduri: 0,65% < C < 1,70%.

 

Oltre l’1,7% si hanno le ghise acciaiose e quindi le ghise propriamente dette.

Nel secondo dopoguerra, con l’istituzione dell’Ente Italiano di Normazione (UNI) e l’emanazione di norme tecniche via via più specialistiche, gli acciai vengono classificati con apposite sigle, principalmente in base alle loro prestazioni meccaniche: Aq.42, Aq.50, Aq.60, ecc..

Con il DM 30/05/1974 la denominazione degli acciai assunse la lettera “k” atta a significare che la grandezza relativa assumeva la valenza di “valore caratteristico”, scostandosi dai precedenti valori deterministici assunti fino allora. Dette classificazioni sono state contemplate anche da decreti e leggi promulgate nel secolo scorso.

All’inizio del ‘900 non vi erano norme nazionali specifiche per le opere in c.a.; tra le prime indicazioni relative al tipo di ferro da utilizzare per le armature metaliche si possono citare le “Prescrizioni speciali per le opere di smalto cementizio armato da eseguirsi per conto della città di Torino proposte dalla Commisione del béton armato nominata dalla Società degli ingegneri e degli architetti di Torino, ed approvate dalla Società stessa.”, anteriori al 1908. Queste prevedono: “il ferro da impiegarsi nel- le armature sarà preferibilmente il cosidetto ferro omogeneo o ferro colato con resistenza alla rottura per trazione non inferiore a 37 kg/mm2 ”.

Il DM 29/02/1908 che, pur non contemplando esplicitamente il materiale delle barre d’armatura per c.a., considera il ferro omogeneo (o colato), il ferro comune (o agglomerato), l’acciaio fuso (per impiego elementi particolarmente resistenti, quali cuscinetti, cerniere, rulli da ponte e simili) e l’acciaio in fili (per funi metalliche).

Il ferro omogeneo, prodotto allo stato liquido, si preferiva al ferro saldato o agglomerato, quest’ultimo prodotto allo stato pastoso dalla ghisa attraverso puddellatura, per le migliori e più costanti caratteristiche meccaniche (Galassini 1945).

Al citato DM seguono, per tutto il secolo scorso e il presente, continui aggiornamenti delle norme tec- niche con prescrizioni per le armature metalliche, in riscontro al susseguirsi dei progressi tecnici e industriali. Il RDL 04/09/1927 n. 1981 prevede l’impiego di ferro omogeneo o ferro colato (acciaio extradolce) e in via eccezionale per opere di limitata importanza di ferro agglomerato o saldato, ormai in fase di abbandono. Infatti, con il DM 18/07/1930 n. 1133 l’armatura per opere in c.a. resta solo più il ferro colato o omogeneo (acciaio extradolce).

Pochi anni dopo, con il RDL 23/05/1932 n.832 si riscontra che l’armatura è normalmente costituita solamente più da ferro colato od omogeneo (acciaio extradolce), con resistenza a trazione compresa fra 38 e 50 kg/mm2. A esso segue la Circolare 17/05/1937 n. 2202 che prevede l’impiego dell'acciaio semiduro nelle costruzioni in conglomerato cementizio armato, con resistenza a trazione compresa fra 5000 e 6500 kg/cm2.

Con il successivo RD 16/11/1939 n. 2229 si ammette l’impiego di acciaio dolce (o ferro omogeneo), acciaio semiduro e acciaio duro, con resistenze a trazione rispettivamente di: 42–50 kg/mm2, 50-60 kg/mm2 e 60-70 kg/mm2.

Al termine della II Guerra Mondiale, l’evoluzione industriale porta a contamplare l’impiego di acciaio ad alto limite elastico, con la Circ. 22/11/1946 n. 1735. A questa seguono nei successivi anni ulteriori circolari: Circ. 25/09/1948 n. 2083, Circ. 25/09/1948 n. 2625, Circ. 12/04/1950 n. 942/CS, Circ. 08/06/1953 n. 1082, Circ. 10/09/1956 n. 2337 e la Circ. 23/05/1957 n. 1472. Quest’ultima prescrive per le strutture in c.a. l’impiego solamente degli acciai Aq.42, Aq.50 e Aq.60.

Con la Circ. 17/05/1965 n. 1547 viene consentito l’utilizzo di acciai ad aderenza migliorata, classificati come normali o speciali. Detta circolare viene successivamente più volte aggioranta: Circ. 11/11/1967 n. 3525, Circ. 15/10/1968 n. 5226, Circ. 14/05/1969 n. 5975, Circ. 14/07/1969 n. 6157, Circ. 10/10/1969 n. 6400 e infine dalla Circ. 12/05/1971 n. 8069.

A seguito dell’emanazione della L 05/11/1971 n. 1086 “Norme per la disciplina delle opere di conglomerato cementizio armato, normale e precompresso ed a struttura metallica”, viene pubblicato il DM 30/05/1972 n. 9161 che prevede l’impiego dei seguenti acciai per c.a.: FeB22 (barre lisce), FeB32 (barre lisce), A38 (barre nervate), A41 (barre nervate) e FeB44 (barre nervate).

Detta classificazione viene ridotta a quattro classi con il successivo DM 30/05/1974: FeB22k (barre lisce), FeB32k (barre li- sce), FeB38k (barre nervate) e FeB44k (barre nervate) e confermata con i successivi decreti: DM 16/06/1976, DM 26/03/1980, DM 01/04/1983, DM 27/07/1985, DM 14/02/1992 e DM 09/01/1996.

Con il recente DM 14/09/2005 le classi di acciaio per c.a. sono ridotte a due: B450A e B450C, e resta- no confermate anche dagli ultimi decreti (DM 14/01/2008 e l’attuale DM 17/01/2018).

In Fig.1 sono riportati i valori delle resistenze prescritti dalle norme italiane, suddividendole in ba- se al tipo di acciaio. Si nota come lo snervamento è prescritto solamente dal 1939.

 

La resistenza delle barre di armatura nei ponti in c.a. realizzati nel secolo scorso

Resistenza a rottura e snervamento prescrita dalle norme italiane in base al tipo di acciaio.

FIGURA 1: Resistenza a rottura e snervamento prescrita dalle norme italiane in base al tipo di acciaio.

 

Resistenza a trazione

Le caratteristiche meccaniche dei corpi metallici dipendono non solo dalla composizione chimica degli stessi, ma principalmente anche dal modo in cui i singoli cristalli sono formati e collegati fra loro, e dalla loro grandezza (grana). Infatti, con il diminuire della dimenzione dei cristalli, cresce la resistenza e diminuisce la capacità di deformazione (Galassini 1959).

Alla natura e dimenzione dei cristalli si aggiunge inoltre la distribuzione, ossia la densità con cui una fase cristallina partecipa alla costituzione della massa metallica. La distribuzione media è una conseguenza della composizione chimica. La dinamica della solidificazione della lega metallica, il raffreddamento, i processi tecnologici, i trattamenti termici e le impurità presenti sono tutti fattori che influenzano la distribuzione delle fasi cristalline e conseguentemente le caratteristiche meccaniche di resi- stenza e deformabilità dei metalli (Secciani, Villani 1967).

Nell’ambito di una prova a trazione si possono distinguere una prima fase lineare elastica, una se- conda fase elasto-plastica e una terza fase plastica, fino a rottura. Nella prima fase, gli spostamenti degli atomi sono inferiori alla semidistanza reticolare e il loro richiamo alla posizione di equilibrio iniziale avviene appana cessa la forza perturbatrice.

Nella fase plastica, per i materiali tenaci, le tensioni tangenziali sono inferiori a quelle critiche e gli scorrimenti avvengono con facilità nei piani reticolari preferenziali, cioè quelli di maggior densità atomica e favorevolmente inclinati rispetto alla direzione dello sforzo esterno. Nei materiali fragili, le tensioni normali superano quelle critiche distanziando i cristalli (Secciani, Villani 1967).

La composizione chimica e la storia termica che il materiale ha subito sono pertanto elementi che influenzano sensibilmente le caratteristiche mecccaniche (Fig. 2).

 

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 FIGURA 2: Effetto dei componenti chimici sulla resistenza dell’acciaio.

 

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Days - Aprile 2021

organizzati da aicap e CTE

 

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