Che cosa è il creep del calcestruzzo

Il "creep" del calcestruzzo, noto anche come fluage del calcestruzzo, è un fenomeno di deformazione progressiva, o scorrimento plastico, del calcestruzzo sotto carico sostenuto nel tempo.

Questo significa che, quando il calcestruzzo è sottoposto a una forza o a uno stress costante, che può essere anche il peso proprio, esso continua lentamente a deformarsi, anche se la forza applicata rimane invariata.

Questo effetto è particolarmente rilevante in strutture di grande dimensione che portano carichi pesanti per lunghi periodi, come ponti, dighe e grattacieli.

Il creep del calcestruzzo: un fenomeno conosciuto, soprattutto dai progettisti

Il creep del calcestruzzo è un fenomeno conosciuto da molti anni, anche se le progressive sfide sempre più avveniristiche in termini di dimensioni e prestazioni delle opere così come le variazioni tecnologiche portate dall’esigenza di sostenibilità stanno portando a nuovi sviluppi in termini di conoscenza.

Il fenomeno del creep nel calcestruzzo è influenzato da una serie di fattori complessi che interagiscono tra loro.

Ecco un'esposizione più dettagliata di questi fattori:

Composizione del calcestruzzo

• Rapporto acqua/cemento (A/C): Un rapporto A/C elevato porta a un calcestruzzo più poroso, il che può aumentare il creep a causa di maggiori movimenti dell'acqua e dei solidi all'interno della matrice cementizia.
• Tipo di cemento: I diversi tipi di cemento hanno tempi di indurimento e caratteristiche chimiche variabili, che possono influenzare il tasso di idratazione e, di conseguenza, il creep.
• Aggregati: La dimensione, la forma e il tipo di aggregati (sabbia, ghiaia, pietra) influenzano il modulo di elasticità del calcestruzzo e la sua resistenza al creep. Gli aggregati con un modulo di elasticità elevato tendono a ridurre il creep.Ovviamente

La variabile nuova: i nuovi cementi

La sostituzione del clinker con materiali pozzolanici nel cemento può avere effetti significativi sul comportamento del creep del calcestruzzo.

Questi effetti sono dovuti alle caratteristiche chimiche e fisiche dei materiali pozzolanici e al loro impatto sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche del calcestruzzo. I materiali pozzolanici, come la cenere volante, la scoria di altoforno, e la silica fume, reagiscono con l'idrossido di calcio prodotto durante l'idratazione del cemento per formare composti aggiuntivi di idrato di silicato di calcio (C-S-H), che sono cruciali per la resistenza e la durabilità del calcestruzzo.

Qual’è l’impatto sul Creep che possiamo prevedere ? se si pensa agli effetti pozzolanici gli effetti potrebbero essere positivi.

• Miglioramento della microstruttura: La reazione pozzolanica contribuisce a una microstruttura più raffinata e densa nel calcestruzzo, riducendo la porosità e migliorando la legame tra pasta di cemento e aggregati. Questo può contribuire a una riduzione del creep, poiché una struttura più densa e uniforme è meno suscettibile alle deformazioni sotto carico sostenuto.
• Riduzione del rapporto acqua/cemento (A/C): L'uso di materiali pozzolanici può permettere una riduzione del rapporto A/C senza compromettere la lavorabilità del calcestruzzo, grazie alla loro natura fine e alla capacità di assorbire acqua. Un rapporto A/C più basso porta a un calcestruzzo più denso e resistente, con ridotta permeabilità e minor tendenza al creep.
• Riduzione del calore di idratazione: I materiali pozzolanici riducono il calore di idratazione del calcestruzzo, diminuendo il rischio di fessurazioni termiche precoci, che possono influenzare indirettamente il comportamento del creep riducendo la rigidezza e la resistenza del calcestruzzo.

Ma oltre a questi potenziali benefici possiamo aspettarci anche delle potenziali limitazioni. Per esempio:

• Ritardo nella resistenza iniziale: La reazione pozzolanica è generalmente più lenta rispetto all'idratazione del clinker di cemento Portland. Di conseguenza, la sostituzione del clinker con materiali pozzolanici può portare a un guadagno di resistenza più lento nelle fasi iniziali, potenzialmente influenzando il comportamento del creep se il calcestruzzo è sottoposto a carico prematuramente.
• Variabilità dei materiali pozzolanici: Le proprietà specifiche e la qualità dei materiali pozzolanici possono variare notevolmente a seconda della loro origine e del processo di produzione. Questa variabilità può influenzare la prevedibilità e l'uniformità degli effetti sulla riduzione del creep. Ad esempio, alcune ceneri volanti possono avere reattività pozzolanica inferiore rispetto ad altre, portando a risultati diversi in termini di miglioramento della microstruttura del calcestruzzo e riduzione del creep.

L’impatto dei CAM: cosa succede al Creep con aggregati di riciclo

L’uso di aggregati riciclati nel calcestruzzo è una pratica che sta guadagnando attenzione nell’industria delle costruzioni per i suoi potenziali benefici ambientali, inclusa la riduzione della necessità di aggregati naturali e del conferimento in discarica di materiali edili di risulta.

Tuttavia, l’introduzione di aggregati riciclati nel calcestruzzo può influenzare diverse proprietà del materiale, inclusi la resistenza meccanica, la durabilità e il comportamento a lungo termine come il creep.

La correlazione tra il creep del calcestruzzo e l’uso di aggregati riciclati dipende da vari fattori:

• Qualità degli Aggregati Riciclati: La qualità degli aggregati riciclati può variare notevolmente a seconda della fonte dei materiali di risulta, del processo di trattamento e della presenza di contaminanti. Aggregati di qualità inferiore possono avere una maggiore porosità e una minore resistenza meccanica, fattori che possono contribuire ad un aumento del creep.
• Tipo di Aggregati Riciclati: Gli aggregati riciclati possono provenire da diverse fonti, come il calcestruzzo demolito, la ceramica, il vetro o l’asfalto. Ciascuno di questi materiali ha proprietà chimiche e fisiche diverse che possono influenzare il comportamento del calcestruzzo, incluso il creep. In generale, gli aggregati riciclati provenienti dal calcestruzzo demolito sono quelli più comunemente utilizzati e studiati per l’uso nel nuovo calcestruzzo.
• Rapporto Aggregati Riciclati/Aggregati Naturali: Il tasso di sostituzione degli aggregati naturali con quelli riciclati può influenzare significativamente le proprietà del calcestruzzo, compreso il creep. Una sostituzione parziale spesso non ha effetti significativi sulle proprietà meccaniche e può essere ottimizzata per mantenere o addirittura migliorare certe caratteristiche del calcestruzzo. Tuttavia, una sostituzione totale o quasi totale potrebbe portare a un incremento del creep, a meno che non si adottino misure compensative, come l’aggiunta di adattivi o modifiche al mix design.
• Interazione tra Pasta di Cemento e Aggregati: Gli aggregati riciclati possono avere una superficie più ruvida e una maggiore assorbenza rispetto agli aggregati naturali, influenzando l’adesione tra gli aggregati e la pasta di cemento. Questa alterata adesione può avere impatti sulle deformazioni del calcestruzzo sotto carico, modificando così il comportamento del creep.

Età del calcestruzzo al momento del carico

Il calcestruzzo guadagna resistenza nel tempo attraverso il processo di idratazione. Il tasso di creep diminuisce man mano che il calcestruzzo matura. Il carico applicato a calcestruzzo giovane, che non ha ancora raggiunto una resistenza significativa, può portare a un creep più elevato rispetto al calcestruzzo che viene caricato a un'età più avanzata.

Livello di umidità e condizioni ambientali

• Umidità relativa: Ambienti con alta umidità relativa favoriscono il creep a causa della maggiore mobilità dell'acqua all'interno dei pori del calcestruzzo.
  
• Variazioni di temperatura: Temperature elevate possono accelerare le reazioni chimiche all'interno del calcestruzzo, influenzando la velocità di idratazione e quindi il comportamento del creep.

Carico applicato

• Livello di stress: Maggiore è lo stress applicato rispetto alla resistenza del calcestruzzo, maggiore sarà il creep. Tuttavia, esiste un limite oltre il quale un ulteriore aumento dello stress non aumenta significativamente il creep.
• Durata del carico: Carichi sostenuti per lunghi periodi tendono a causare più creep rispetto a carichi applicati per brevi periodi.

Maturazione

La maturazione del calcestruzzo influisce sulla sua porosità e sulla sua resistenza complessiva, che a loro volta influenzano il comportamento del creep. Una cura adeguata può minimizzare la porosità e migliorare la struttura interna del calcestruzzo, riducendo il creep.

Fattori strutturali

• Confinamento: Elementi strutturali che sono confinati o supportati in modo da limitare la deformazione, come colonne o muri, possono esperire meno creep rispetto a elementi non confinati.
  
• Rapporto di armatura: L'uso di armature (barre di rinforzo) all'interno del calcestruzzo può ridurre il creep limitando la deformazione del materiale.

Il calcolo accurato del creep è essenziale per garantire che una struttura possa supportare i carichi previsti durante la sua vita utile senza subire danni significativi o cedimenti. Gli ingegneri civili utilizzano modelli matematici e empirici per prevedere il comportamento del creep e progettare le strutture in modo che possano tollerarlo efficacemente. 

In Italia, le norme di riferimento che riguardano il calcolo e la considerazione del creep nel calcestruzzo sono principalmente basate sulle normative europee, in particolare quelle stabilite nelle Eurocodici. L’Eurocodice 2 (EN 1992), dedicato al progetto di strutture in calcestruzzo, è il principale riferimento tecnico che include disposizioni per tenere conto del creep (e anche del ritiro) nelle analisi strutturali e nella progettazione delle strutture in calcestruzzo.

Rimandiamo a un prossimo articolo l’approfondimento strutturale del creep.