DEF SE LA CONOSCI...
Colpisce soprattutto - ma non solo - le traversine ferroviarie
Mario Collepardi

     

Si chiama DEF, acronimo di Delayed Ettringite Formation (formazione ritardata di ettringite). E’ una "malattia" del calcestruzzo che è stata registrata da qualche decina di anni in tutto il mondo (Italia compresa), ma che solo recentemente è stata diagnosticata con maggior precisione. I danni da DEF possono coinvolgere qualsiasi tipologia di calcestruzzo: prefabbricato o gettato in opera, preconfezionato o prodotto in cantiere.
Inizialmente, i sintomi (poche microfessurazioni che nel tempo si trasformano in macro-fessurazioni diffuse) sono stati interpretati attribuendone la causa ad un altro tipo di degrado già noto (ASR, reazione alcali-silice dell’aggregato) o ad altri inconvenienti tipici del calcestruzzo (fessurazioni da ritiro o da eccessivi carichi dinamici in servizio).
Successivamente si è scoperto che il degrado da ASR è, al massimo, solo un precursore del degrado da DEF ma non sempre. Così pure si è trovato che il trattamento con vapore ad alta temperatura - tipico delle strutture prefabbricate - inizialmente indiziato di essere il maggiore responsabile della DEF, in realtà è responsabile tanto quanto la stagionatura naturale a temperatura ambiente. Questo è quanto emerso da un’indagine statistica comparativa del comportamento delle traversine ferroviarie in calcestruzzo precompresso: le "traversine del venerdì" - quelle cioè gettate il venerdì, e maturate senza vapore in quanto sottoposte al taglio dei trefoli solo il lunedì successivo - sono esposte al rischio di degrado da DEF tanto quanto le traversine maturate a vapore e sottoposte a precompressione subito dopo.
Così pure è stata esclusa - come causa unica per l’insorgere del degrado da DEF - l’esistenza di carichi dinamici a fatica in servizio. Infatti, le traversine stoccate all’aperto e mai messe in servizio sono esposte al rischio di degrado da DEF tanto quanto quelle messe in servizio e sollecitate dai carichi dinamici derivanti dal transito ferroviario.
D’altra parte, però, solo le traversine sottoposte all’azione dell’acqua piovana, sia pure discontinuamente, sono realmente esposte al rischio da DEF. Quelle, invece, permanentemente protette dall’acqua (per esempio in galleria, o artificialmente protette a scopo di studio) non si degradano mai per effetto della DEF: che si trovino in servizio o che siano in stoccaggio, ma al riparo dall’acqua piovana (come avviene per le traversine stoccate nei piani più bassi della "pila" di stoccaggio).
Ad aumentare l’incertezza sulla interpretazione del meccanismo di degrado da DEF, e quindi sulla stategia da adottare per risolvere questo problema, si sono aggiunte due più recenti osservazioni:

a) è vero che le traversine ferroviarie sono le strutture più esposte al rischio di degrado da DEF (un po’ come si pensava inizialmente per gli omosessuali quale categoria a rischio per l’AIDS), ma è altrettanto vero che altre strutture in calcestruzzo sono esposte a questo rischio: alcuni basamenti in calcestruzzo dei tralicci ferroviari per il supporto dell’apparato elettrico sono stati diagnosticati essere affetti da DEF al pari delle traversine, pur essendo strutture completamente diverse; altre strutture in calcestruzzo, fuori dal settore ferroviario, sono altrettanto esposte al rischio di degrado DEF ancorchè in modo meno frequente rispetto alle traversine; rimane comunque l’interrogativo: perchè le traversine in calcestruzzo precompresso subiscono il danno da DEF più di tutte le altre strutture in calcestruzzo?

b) il fenomeno di degrado da DEF è esploso improvvisamente in questi ultimi decenni dopo che diversi milioni di traversine in calcestruzzo precompresso erano state poste in servizio, sin dall’inizio del secolo, senza alcun problema di degrado: allora, cosa è avvenuto agli inizi degli anni ‘80 che giustifichi questa improvvisa ed oscura manifestazione di degrado?

Due sono i fattori individuati per trovare una risposta ai quesiti soprariportati: a) la particolare tecnica di precompressione nelle traversine rispetto ad altre strutture in calcestruzzo; b) il tipo di cemento prodotto in questi ultimi decenni.
Le traversine ferroviarie, soprattutto quelle eseguite su pista con gli stessi trefoli aderenti per un’unica batteria di casseforme, sono violentemente sollecitate su una estremità della traversina e presentano un maggior rischio di microfessurazione immediata all’atto del taglio dei trefoli. All’interno delle micro-fessure così generate - in presenza di acqua piovana in servizio - si vanno a sciogliere alcuni componenti (calcio, alluminio e solfati) presenti nel calcestruzzo (provenienti dal cemento o dagli aggregati) con conseguente tardiva formazione di ettringite (Delayed Ettringite Fornation) responsabile del successivo allargamento delle micro-fessure e della loro trasformazione in macro-fessure: questo meccanismo di degrado è quindi basato sulla coesistenza di tre parametri:

- presenza, sia pure discontinua, di acqua piovana in servizio;

- presenza di microfessure indotte dalla eccessiva sollecitazione all’atto della precompressione o da altre cause accessorie: variazioni igrometriche, reazione alcali-aggregato, escursioni termiche eccessive durante il processo o in servizio, ecc;

- presenza di sali solfatici lenti a reagire immediatamente e disponibili per una ritardata formazione di ettringite (DEF).

Ovviamente altre strutture, diverse dalle traversine precompresse, possono egualmente presentare un rischio di degrado da DEF se sono presenti altre cause che provocano l’innesco delle microfessurazioni.
Per quanto concerne il cemento attualmente prodotto, si è registrato un progressivo arricchimento nel solfato del clinker, in gran parte attribuibile ai tipi di combustibili impiegati in questi ultimi decenni: poichè parte di questo solfato - a differenza del gesso aggiunto per regolare la presa - non è immediatamente solubile in acqua al momento dell’impasto, esso rimane disponibile per una formazione ritardata di ettringite quando concorrono le altre due circostanze indispensabili al degrado da DEF: presenza di micro-fessure e riempimento di queste con acqua piovana.
Per concludere, conosciuto il complesso meccanismo attraverso il quale il degrado da DEF ha coinvolto le strutture in calcestruzzo microfessurate ed esposte all’azione dell’acqua piovana, sarà più facile intervenire per prevenirne il decorso.

Per un approfondimento dell’argomento si può consultare l’articolo "Investigation of prestressed concrete railway tie distress", R.C. Mielenz et al, Concrete International pp.62-68, Dicembre 1995.