Il ritiro del calcestruzzo è un fenomeno di contrazione che può interessare tutti i materiali, inclusi metalli, polimeri e ceramiche, a seguito di una diminuzione della temperatura.
Cause del Ritiro nel Calcestruzzo
Le fessurazioni negli elementi in calcestruzzo armato (c.a.) possono derivare da diverse cause. Comprendere l'evoluzione di questi fenomeni è fondamentale per definire interventi di ripristino adeguati.
Le situazioni che possono determinare la comparsa di dissesti di tipo strutturale sono molteplici. In via generale, le lesioni indotte dallo sforzo di trazione generato dall'impedimento al ritiro del calcestruzzo non sono pericolose dal punto di vista strutturale, ma rappresentano un problema per la durabilità e la funzionalità delle strutture.
Ritiro Igrometrico
In un ambiente insaturo di vapore (UR < 95%), il calcestruzzo subisce un ritiro igrometrico che dipende da diversi fattori, tra cui la composizione del calcestruzzo, la percentuale dei ferri di armatura, la geometria della struttura e il tempo trascorso nell'ambiente insaturo.
Il ritiro misurato a 6 mesi è funzione del rapporto acqua/cemento (a/c) e del rapporto inerte/cemento (i/c). La diminuzione di a/c comporta una pasta cementizia meno porosa e meno ricca in acqua capace di evaporare.
Ritiro Autogeno
Il ritiro autogeno indica la contrazione del calcestruzzo in assenza di variazioni di umidità relativa e di temperatura, solitamente subito dopo la presa e quindi dopo il ritiro plastico. Anche in condizioni favorevoli alla stabilità dimensionale, un provino di calcestruzzo conservato a temperatura costante e protetto con un telo isolante può subire un auto-essiccamento che provoca una contrazione nota come ritiro autogeno.
La protezione con un telo o una membrana anti-evaporante impedisce sia il ritiro plastico che si manifesta nei pavimenti durante le prime ore, sia il ritiro igrometrico che si manifesta dopo la scasseratura delle strutture. Tuttavia, questa protezione non elimina il ritiro autogeno e le conseguenti fessurazioni.
Gli effetti del ritiro autogeno sono inferiori a quelli del ritiro igrometrico, quindi è possibile approssimare il ritiro plastico complessivo al solo ritiro da essiccamento.
Fessurazioni da Ritiro: Manifestazioni e Cause
Le fessure possono avere molte cause oltre a quelle auto-indotte dal calcestruzzo durante la maturazione. Una situazione tipica in cui è possibile riscontrare fessurazioni dovute alla geometria del manufatto è la presenza di spigoli.
In queste strutture, per la rilevante superficie esposta all'aria, maggiore è il quantitativo di acqua che dalla matrice cementizia può evaporare verso l'ambiente esterno generando elevate contrazioni di volume della matrice cementizia.
L'impedimento alla libera contrazione da ritiro genera stati tensionali di trazione che nelle pavimentazioni - in assenza di giunti o quando questi sono realizzati in ritardo, ovvero non correttamente distanziati e profondi - possono produrre quadri fessurativi ad andamento caotico e che nei casi più gravi possono determinare lo sbrecciamento e la completa disgregazione del calcestruzzo per azione combinata di carichi mobili e di cicli di gelo disgelo.
Le fessurazioni da ritiro si manifestano anche per la mancata progettazione e/o corretta esecuzione dei giunti negli elementi di grande estensione superficiale o lineare.
In un telaio a più campate le fessurazioni da ritiro si presenteranno con maggiore probabilità nelle campate intermedie, nelle quali maggiore, rispetto a quelle di estremità, è il grado di incastro della trave ai pilastri.
Andamento delle Fessure
L'andamento delle fessure da ritiro in una trave è prevalentemente verticale e si presenta con ampiezza costante lungo tutta l'altezza della trave. Lo stato tensionale di trazione indotto nella trave per effetto del ritiro idraulico impedito, non è trascurabile.
Prevenzione e Controllo delle Fessurazioni
Nelle nuove costruzioni è opportuno adottare tutti gli accorgimenti di calcolo, quelli progettuali, come il ricorso ai giunti e ad armature di ripartizione che consentano di prevenire la comparsa delle lesioni o di controllarne sia lo sviluppo che l'ampiezza.
Occorre un’accurata e prolungata bagnatura delle superfici per impedire il ritiro autogeno. Questo aspetto del problema va tenuto in gran conto nella produzione delle strutture confezionate in calcestruzzo ad alte prestazioni con basso rapporto a/c non superiore a 0,40.
Pertanto, è necessario bagnare accuratamente (immediatamente subito dopo la sformatura) e più a lungo possibile (almeno 3 giorni) le superfici a vista delle strutture con calcestruzzo a basso rapporto a/c (≤ 0,40) se si vuole eliminare le formazione di fessure da ritiro autogeno.
Strategie di Intervento
Al fine di comprendere la causa responsabile del dissesto e la sua pericolosità per la statica dell'elemento e della struttura nel suo complesso, sarà necessario:
- Rilevare l'andamento della lesione in relazione allo schema statico dell'elemento costruttivo.
- Analizzare l'andamento delle lesioni al fine di valutare se le stesse presentino caratteristiche tipiche delle fessure prodotte dalla sollecitazione tagliante e/o flessionale.
- Determinare lo spessore del copriferro onde stabilire eventuali errori nella disposizione della gabbia di armatura con conseguente riduzione della coppia resistente interna della sezione in c.a.
Utilizzo di Fibre per il Rinforzo
Esempi di calcestruzzi ed opere murarie additivate con ‘fibre’ si ritrovano nelle opere più disparate: le cosiddette fibre erano spesso costituite da materiali di risulta quali appunto paglia, fibre legnose, pelo di suini, di bovini o crine di cavallo.
Le fibre proposte includono fibre in polipropilene multifilamento e fibrillate (antiritiro e strutturali), fibre in acciaio (al carbonio aciculare, zincate e inoxidabili), fibre di vetro, fibre di carbonio, fibre naturali di agave sisalana, ecc.
Tabella dei Coefficienti Correttivi per il Ritiro Igrometrico
I valori dei coefficienti correttivi possono far aumentare o mitigare il ritiro S rispetto a quello standard S0. In particolare, fanno aumentare il ritiro S: una minore UR; un tempo di esposizione più lungo in un ambiente insaturo; uno spessore fittizio più piccolo; una percentuale di armatura minore.
Calcestruzzo Fotocatalitico
Il calcestruzzo fotocatalitico appartiene alla famiglia dei calcestruzzi speciali. La fotocatalisi è il fenomeno naturale per cui una sostanza, chiamata fotocatalizzatore, attraverso l’azione della luce naturale o artificiale, attiva un forte processo ossidativo che porta alla trasformazione di sostanze organiche e inorganiche nocive nell’ambiente in composti innocui.
La fotocatalisi promuove una più rapida decomposizione degli agenti inquinanti evitando che essi si accumulino nell’ambiente a contatto del calcestruzzo. Per questo motivo il calcestruzzo fotocatalitico è anche conosciuto come calcestruzzo autopulente.
Il principio attivo fotocatalitico non è soggetto a consumo, quindi non si esaurisce. D’altra parte, il costo di realizzazione di elementi strutturali in cemento fotocatalitico si differenzia pochissimo da quello delle realizzazioni col cemento classico.
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