Durabilità del calcestruzzo secondo le
Linee Guida del Ministero LL. PP.

Parte V: esposizione ai terreni chimicamente aggressivi


Mario Collepardi e Luigi Coppola

 
Nella norma europea ENV 206 (UNI 9858) sono previsti tre ambienti chimicamente aggressivi in relazione ai tre stati della materia: solido, liquido e gassoso. Nella nuova norma EN 206, come anche nelle Linee Guida ministeriali, gli ambienti chimicamente aggressivi sono stati ridotti a due giacchè si è riconosciuto realisticamente che un calcestruzzo difficilmente può essere degradato da un componente gassoso.

I due ambienti, solido e liquido, dai quali può provenire l'aggressione chimica corrispondono di fatto rispettivamente al terreno ed all'acqua. In questo numero viene esaminata l'aggressione chimica derivante dai terreni. Essa riguarda le strutture a contatto del suolo o di rocce, quali fondazioni, muri di sostegno, gallerie, tubazioni sotterranee, ecc.

La Tabella 1 (dalla norma EN 206) si riferisce alle definizioni delle condizioni aggressive dei terreni ed alle corrispondenti misure preventive da adottare per il calcestruzzo in termini di dosaggio minimo di cemento, di massimo rapporto acqua-cemento (a/c), e di minima Rck.


Tabella 1 - Classe di esposizione XA secondo la EN 206: attacco chimico del calcestruzzo

Classe XA

Descrizione dell'ambiente

TERRENO

Massimo
a/c

Valore minimo Rck***

Dosaggio minimo di cemento
(kg/m
3)

Acidità
(Bauman Gully)**
SO4
(mg/kg)***

XA1

> 200

³2000
£3000

0.55

37

300

XA2

----

>3000
£12000

0.50

37

320

XA3

--- >12000
£24000

0.45

45

360

* Quando due o più agenti aggressivi conducono alla stessa classe di esposizione l'ambiente deve essere classificato nella classe con il grado di aggressione maggiore.
** L'acidità del terreno viene valutata con il metodo DIN 4,30-2
***Terreni rocciosi o argillosi con una permeabilità inferiore a 10
-5 m/s debbono essere classificati nella classe con un grado di aggressione immediatamente più basso.
**** Valore di N/mm
2 misurato su provini cubici di calcestruzzo confezionati con cementi di classe 32.5

Nella Tabella 2 sono mostrate le definizioni di aggressione chimica dei terreni e le corrispondenti misure preventive raccomandate dalle Linee Guida ministeriali. Rispetto alla norma EN 206 (Tabella 1) nelle Linee Guida ci sono alcune differenze, la più importante delle quali è l'eliminazione dell'attacco acido da parte dei terreni. Questo tipo di attacco (vedere ** sotto Tabella 1) introdotto nella normativa europea su richiesta dei tedeschi, è francamente poco conosciuto e comunque scarsamente documentato dalla letteratura tecnica.

Nella norma EN 206 esistono non poche difficoltà, fortunatamente rimosse nelle Linee Guida, per l'applicazione pratica della norma. In sostanza per poter scegliere il tipo di calcestruzzo da adottare a contatto di un terreno occorre:

  • rilevarne l'acidità
  • misurarne la permeabilità
  • determinarne il contenuto di solfato.

A seconda dei tre valori ottenuti, si individua la classe di aggressione chimica del terreno (XA1, XA2, XA3) e conseguentemente il tipo di calcestruzzo da adottare.

Se l'acidità del terreno è trascurabile (>200 gradi Bauman-Gully ) e contemporaneamente il terreno contiene un tenore di SO4= compreso tra 2000 e 3000 mg/kg, la classe di esposizione passa da XA1 ad XA2 per la coesistenza delle due aggressioni (vedere * sotto Tabella 1). D'altra parte, con un terreno poco permeabile (< 10-5 m/s), si attenua il rischio di attacco solfatico e conseguentemente si riduce di un livello la classe di aggressione chimica XA (vedere *** sotto Tabella 1). Quest'aspetto del problema, ancorchè scientificamente corretto (un terreno poco permeabile riduce l'afflusso di acqua necessario alla mobilità ed alla reattività del solfato con il calcestruzzo) è sintomatico delle difficoltà di approccio a questa normativa da parte di utenti (progettisti, imprese, ecc.) che non necessariamente sono degli specialisti del calcestruzzo. Da questo punto di vista l'approccio più semplice adottato dalle Linee Guida è evidenziato in Tabella 2 per l'assenza di rilevamenti o sulla permeabilità e sull'acidità del terreno.

Per quanto attiene al meccanismo di degrado, provocato dalla presenza di un contenuto eccessivo di solfato nel terreno (> 2000 mg/kg), occorre ricordare (Enco Journal n°5, "E come Ettringite", www.enco-journal.com,"L'ABC del calcestruzzo") che l'azione aggressiva è legata all'interazione dell' SO4= con la calce (CH), con gli alluminati (C-A-H) e/o

Tabella 2 - Classe di esposizione XA secondo le Linne Guida del Ministero LL.PP.: attacco chimico del calcestruzzo

Classe di esposizione

Descrizione dell'ambiente: ioni solfato mg SO=4/kg di terreno seccato all'aria

Massimo rapporto a/c

Minima Rck* (N/mm2)

Dosaggio minimo di cemento (kg/m3)

XA1

2000 - 6000

0.55

37

300

XA2

6000 - 12000

0.50

40

320

XA3

> 12000

0.45

45

350

*Valore misurato in N/mm2 su provini cubici di calcestruzzo confezionati con cemento Portland 32.5; dmax aggr. 20-32 mm
i silicati idrati (C-S-H) presenti nel cemento idratato:


 

H2O

   

SO4= + CH

=======>

Ca SO4·2H2O

[1]

   

(gesso)

 


 

H2O

   

SO4= + C-A-H

=======>

C3A·3Ca SO4·32H2O

[2]

   

(ettringite)

 

 


 

H2O

   

SO4= + C-S-H

=======>

CaSO4·CaCO3·CaSO3·15H2O

[3]

 

CaCO3

(thaumasite)

 

 


Figura 1 - Fessurazione ed imbarcamento di un provino prismatico in calcestruzzo per formazione di gesso ed ettringite.


Figura 2 - Spappolamento di un provino prismatico in clacestruzzo per formazione di thaumasite.


La formazione di gesso (Fig. 1) e soprattutto di ettringite (Fig. 2) è associata per lo più a fessurazioni e distacchi di materiale dalle strutture, mentre la formazione di thaumasite è accompagnata da una sorta di spappolamento del calcestruzzo. Questo è dovuto alla perdita di coesione derivante dalla graduale trasformazione del C-S-H (cui si debbono in gran parte le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo) in thaumasite.

I fenomeni fessurativi ed i conseguenti distacchi di materiale che accompagnano la formazione di gesso e ettringite sono, invece, dovuti al rigonfiamento differenziale del calcestruzzo a contatto del terreno solfatico rispetto a quello non ancora penetrato dal solfato.