Deformazioni del conglomerato cementizio

Il conglomerato cementizio (utilizzato sin dall’antichità e, si ritiene, anche da Egizi ed Assiri) costituisce a oggi uno dei materiali da costruzione più largamente utilizzato in edilizia.

La combinazione di cemento, materiali inerti e acqua in adeguate percentuali permette di ottenere un composto resistente e compatto che, se abbinato a barre in acciaio, diviene un ottimo sistema costruttivo: il calcestruzzo armato.
Come tutti i materiali, il conglomerato cementizio ha peculiarità chimico-fisiche che sono direttamente collegate a particolari tipologie di deformazioni, alcune dilazionate nel tempo e altre istantanee, prodotte soprattutto dalla maturazione e dall’applicazione dei carichi di esercizio delle strutture.
La conoscenza delle proprietà del calcestruzzo costituisce un elemento essenziale ed imprescindibile per l’opera edilizia integralmente considerata, poiché ha dirette conseguenze sia sulla progettazione sia sulle lavorazioni di cantiere, nonché sul prodotto finale.
Tra le tipologie di deformazioni possibili nel calcestruzzo rivestono un ruolo molto importante il ritiro e il fluage, ovvero:
– le deformazioni dovute al ritiro, legate alla maturazione ed alla composizione del calcestruzzo;
– le deformazioni viscose (fluage), che si possono considerare come un fenomeno reologico che si manifesta in un periodo di tempo prolungato sotto l’azione di un carico continuo;

In particolare, il ritiro consiste nella la diminuzione (shirnkage) o nel rigonfiamento (swelling) del volume del getto –a seconda che la maturazione avvenga rispettivamente in aria o in acqua –  che il calcestruzzo subisce a causa di una serie di reazioni chimico-fisiche. La principale causa è l’evaporazione dell’acqua di impasto (o l’assorbimento se il getto è in acqua) durante la fase di maturazione; per questo motivo il ritiro inizia sempre sulla superficie esterna dell’elemento per poi estendersi nelle zone interne. Si producono pertanto tensione interne (autotensioni) che possono provocare fessurazioni superficiali che potrebbero compromettere la durabilità del calcestruzzo.
I fattori che condizionano il ritiro sono l’umidità relativa e la temperatura dell’ambiente in cui viene fatto il getto, il tipo di cemento utilizzato (è maggiore per cementi a rapido indurimento), la resistenza media del conglomerato, la quantità degli inerti, il rapporto acqua/cemento, la geometria dell’opera realizzata.
Il ritiro si manifesta in un periodo di tempo molto lungo, ma si evolve soprattutto dopo i primi mesi.
Tale fenomeno si riduce molto per i getti mantenuti in ambiente umido, pertanto è buona norma ritardare il più a lungo possibile l’inizio del ritiro, proteggendo il calcestruzzo dall’essiccamento, per esempio bagnando frequentemente le superfici esposte o coprendole con teli bagnati. Spesso per ridurre l’effetto del ritiro si ricorre a particolari additivi che vengono aggiunti all’atto della miscelazione oppure anche ad armature predisposte opportunamente per assorbire le tensioni prodotte oppure realizzando giunti di dilatazione.

Le deformazioni viscose (fluage) invece sono direttamente collegate alla plasticità interna del conglomerato, dovuta a spostamenti di acqua non legata chimicamente che migra verso i vuoti disponibili. A differenza del ritiro, il fluage avviene solo allorquando siano presenti carichi esterni continui nel tempo: se si applica un carico, infatti, si assiste ad un rapido aumento delle deformazioni di origine elastica e nel contempo ad un aumento, invece, molto più ritardato delle deformazioni di natura viscosa. Togliendo il carico le deformazioni elastiche si annullano quasi completamente mentre quelle di natura viscosa rimangono irreversibili. Così come accade per il ritiro, le deformazioni viscose, pur essendo molto lente, avvengono in tempi lunghi (ovvero nell’ordine di anni).
I fattori che influenzano tale fenomeno si possono ricercare nella composizione del calcestruzzo, nelle dimensioni dell’elemento e nell’umidità relativa dell’ambiente, ma anche all’entità dei carichi di lunga durata applicati alla struttura e alla maturazione del calcestruzzo al momento dell’applicazione dei carichi.

L’analisi di fenomeni lenti ha importanti ripercussioni su tutte le opere in c.a. e in particolare in quelle in c.a.p. e nei ponti, dove è possibile sottostimare o ignorare alcuni fenomeni quali l’aumento delle deformazioni, le perdite di precompressione, giungendo ad una errata valutazione del reale stato di sollecitazione della struttura e quindi del suo livello di sicurezza.
La normativa italiana (sia il d.m.. 1996 sia le nuove Norme tecniche per le costruzioni) prevede valori massimi di ritiro e di viscosità che dipendono dai giorni di maturazione del conglomerato, dall’umidità relativa, e dalla geometria dell’opera.

Articolo dell’Ing. Stefano Valentini


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