Pavimentazioni esterne di calcestruzzo degrado da gelo-disgelo

01 - Premessa
Sono piuttosto note le severe implicazioni dell’esposizione delle opere in calcestruzzo e, in particolare, delle pavimentazioni calcestruzzo al congelamento ed ai cicli gelo-disgelo. L’inverno 2005/2006, caratterizzato da precipitazioni nevose insolitamente abbondanti e perduranti,  in misura che non si proponeva da molto tem-po, ne è stato un clamoroso esempio anche nella misura in cui si è accompagnato ad una altrettanta insolita fioritura di danneggiamenti nelle opere in calcestruzzo.
Nelle pavimentazioni esterne, in calcestruzzo, ed in particolare in quelle con spolvero indurente superficiale, si sono infatti verificate vistosi distacchi e delaminazioni che, in qualche caso, hanno assunto la forma di veri e propri collassi degli strati corticali con compromissioni più o meno profonde del conglomerato e della stessa agibilità della pavimentazione.

Il fenomeno che ha determinato i deterioramenti in esame è certamente riconducibile al prevalere delle tensioni indotte dall’aumento di volume dell’acqua, per congelamento (9%), rispetto alle resistenze proprie dei conglomerati e del sistema spolvero/calcestruzzo in particolare.
Gli eventi richiamati, anche a seguito di numerosi sopralluoghi effettuati, ponevano alcune domande che, in prima istanza, non trovavano una risposta soddisfacente :

• Quali sono state le incorrettezze di composizione e/o di costruzione che hanno causato i dissesti?
• Come mai il deterioramento aveva coinvolto soprattutto ed in misura vistosamente maggiore, le pavimentazioni con spolvero indurente ?
• Come mai pavimentazioni che avevano sopportato, senza inconvenienti apparenti, il succedersi di alcuni inverni si erano deteriorate in numero così elevato ed in misura così massiccia solo a seguito degli eventi atmosferici intervenuti nell’inverno 2005/2006?

Le note che seguono propongono alcune considerazioni effettuate a seguito dei sopralluoghi effettuati, delle analisi che ne sono derivate e delle conclusioni, seppure non definitive, che ne sono state il risultato, corredate da alcuni necessari richiami in ordine agli argomenti tecnologici coinvolti.

02 – Sulla normativa vigente per il calcestruzzo
La norma UNI EN 206-1:2001 “calcestruzzo, specificazione, prestazione, produzione e conformità” prescrive, nel paragrafo 4.1, le caratteristiche per calcestruzzi e conglomerati esposti al gelo, in presenza o meno, di sali disgelanti (tabella A).

La norma sopra citata introduce parametri assolutamente imprescindibili, tali da richiedere una revisione critica ed informata del mix design, quali il rapporto acqua/cemento massimo consentito, l’inclusione del corretto quantitativo di cemento e d'aria inclusa, nonché la verifica di conformità degli aggregati.
NOTA BENE: La norma riportata fa espresso riferimento al calcestruzzo come tale e contempla la necessità di includere aria, nel calcestruzzo, al fine di creare delle “camere di compensazione” con lo scopo di contenere gli aumenti di volume, conseguenti al congelamento dell’acqua presente nel calcestruzzo. Lo spolvero indurente non solo non possiede questa indispensabile caratteristica ma, sotto l’aspetto considerato, può alterare l’equilibrio fisico, dimensionale e meccanico del conglomerato sottostante.

03 – Considerazioni reologiche sullo spolvero indurente
Lo spolvero indurente è rappresentato, in genere, da una miscela anidra di cemento (40%) ed aggregati se-lezionati (60%), applicata sul calcestruzzo “fresco”, costituente la lastra di pavimentazione, quando il calcestruzzo stesso “mostra” le prime fasi di rapprendimento. All’applicazione “a spolvero” della miscela anidra fa seguito la fase di “incorporamento” effettuata con frattazzatrici meccaniche a pale, definite in gergo  “elicotteri”. L’azione meccanica della frattazzatrice è volta a mescolare la miscela anidra dello spolvero con l’acqua libera del calcestruzzo ed a lisciarne l’estradosso..
Le modalità realizzative accennate, portano alla costruzione di una lastra composita, con differenze mecca-niche e prestazionali, fra i diversi “livelli”, derivanti dalle sensibili differenze in termini di contenuto di cemento e dimensione degli aggregati, che non possono essere trascurati. In pratica, lo strato di spolvero indurente risulta significativamente più rigido e, di conseguenza più fragile del calcestruzzo sottostante. L’azione meccanica della frattazzatura e le pratiche esigenze di lavorazione dello “spolvero” possono inoltre causare criticità latenti, all’interfaccia “spolvero/sottofondo” che possono rivelare criticità estremamente pericolose, specie in concomitanza con i cicli gelo/disgelo. Nella fase di applicazione dello spolvero e, soprattutto della sua frattazzatura possono inoltre verificarsi tanto la  veicolazione dell’acqua, “ancora libera”, nonché dell’aria, verso l’estradosso (Bleeding, vedere paragrafo 04), in un momento in cui il calcestruzzo di sottofondo ha ormai assunto una condizione plastico-rigida, oltre all’inglobamento indesiderato di strati d’aria che determi-nano vere e proprie discontinuità orizzontali.

04 – Bleeding, segregazione, formazione di disaggregazioni latenti
Bleeding, dall’inglese to bleed: essudare, è il termine che definisce l’affioramento dell’acqua alla superficie del calcestruzzo. È un fenomeno complesso, determinato dalla separazione gravimetrica dei costituenti la miscela, differenti per dimensione e peso specifico, che, liberi di muoversi, in misura più o meno elevata, nel-la fase fresca del conglomerato, tendono a spostarsi verso il basso causando lo spostamento degli elementi più leggeri, l’acqua e l’aria, verso la superficie. Fra le conseguenze dell’affioramento sono da annoverare la formazione dei canali verticali, permanenti che costituiscono un pericoloso accesso per l’acqua e per gli a-genti potenzialmente aggressivi. Il bleeding, inoltre, non avviene istantaneamente e non si esaurisce rapidamente. Ne consegue che nella fase di applicazione dello spolvero indurente l’acqua, ancora libera, viene richiamata dall’azione della frattazzatura sino ad incontrare la massa gelatinosa creata dallo spolvero appe-na applicato. Questa massa, nella condizione impermeabile di iniziale indurimento, trattiene l’acqua affiorata proprio nella delicata interfaccia spolvero/calcestruzzo. Viene così a determinarsi una discontinuità critica specie in ordine ai fenomeni di congelamento e di gelo/disgelo che è spesso causa anche di un’adesione in-sufficiente del materiale indurente al calcestruzzo.

Il bleeding aumenta con il crescere del rapporto acqua/cemento, con il rapporto aggregati/cemento, con assortimenti sfavorevoli degli aggregati (granulometria e forma), mentre si riduce con l’addizione di filler reattivi (tipo MICROSIL 90), con l’apporto di fibre tridimensionalmente diffuse (READYMESH) e con l’addizione, condizionata, di cemento.

05 – Risposte ai quesiti proposti in premessa

Quali sono state le incorrettezze di composizione e/o di costruzione che hanno causato i dissesti?
Nella costruzione della pavimentazione in calcestruzzo, nella quasi totalità dei casi esaminati, il conglomerato utilizzato era un calcestruzzo normale, generalmente dosato in ragione di kg 300 di cemento per metro cubo, ,senza aria inclusa e con elevati rapporti Acqua/Cemento.
Il semplice confronto con le prescrizioni della norma UNI EN 206-1 “Calcestruzzo: specificazione, prestazione, produzione e conformità”, qualifica i calcestruzzi utilizzati come “non adeguati” e certamente critici per il tipo di esposizione considerato.

Come mai il deterioramento ha riguardato soprattutto le pavimentazioni con spolvero indurente ?
Le fasi di applicazione dello spolvero indurente hanno certamente accentuato la vulnerabilità del calcestruzzo in termini sia di “canalizzazione verticale da bleeding in fase plastica” che di “affioramento all’interfaccia” descritti nel paragrafo 04. La presenza dello strato indurente, inoltre, non impedisce la permeazione dell’acqua negli strati di calcestruzzo sottostanti (permeazione che può comunque svilupparsi attraverso i giunti e le fessurazioni), focalizza la permeazione dell’acqua nella pasta di cemento corticale del calcestruzzo, favorisce l’instaurarsi della saturazione critica e, opponendo una resistenza iniziale all’espansione per congelamento dell’acqua, così come evidenziato nel paragrafo 06, amplifica le conseguenze distruttive delle sollecitazioni. A conforto degli assunti riportati si osserva che, nelle latitudini settentrionali, dove il clima è molto rigido, per fare un esempio i paesi scandinavi ed il Canada, la pratica dello spolvero indurente superficiale è stata praticamente abbandonata nelle pavimentazioni esterne di calcestruzzo.

Come mai pavimentazioni che avevano sopportato, senza inconvenienti apparenti, il succedersi di alcuni inverni si erano deteriorate in numero così elevato ed in misura così massiccia solo a seguito degli eventi atmosferici intervenuti nell’inverno 2005/2006?
Nella condizione di saturazione inferiore a quella critica il calcestruzzo può sopportare numerosi cicli di gelo/disgelo senza danni apparenti. Superata tale soglia, per l’incidenza dei fattori già richiamati, ivi compreso il perdurare delle condizioni climatiche avverse, il mantenimento prolungato della neve sulle superfici pavimentate, ecc., anche un numero esiguo di cicli gelo/disgelo può dare luogo ad effetti distruttivi.

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Capitoli successivi:

• 06 – Conclusioni e possibili accorgimenti
• 07 – Orientamenti di “costruzione”
• 08 – Indicazioni per il calcestruzzo esposto ai cicli gelo-disgelo
• 09 – Elementi e dettagli costruttivi
• 10 – Note sui meccanismi gelo/disgelo
• 11 – Note sulle porosità del calcestruzzo in ordine al gelo-disgelo
• 12 – Note sull’incidenza dei sali “disgelanti”
• 13 – Carta indicative delle aree climatiche critiche
• 14 – Riferimento PCA “Concrete floors on ground”
• 15 – Riferimento CNR: Metodo senza indurente superficiale riportato
• 16 - Norme e documenti di riferimento