Resistenza al gelo nei capannoni prefabbricati in cemento armato

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In questo articolo prendiamo in considerazione una caratteristica del cemento armato, la sua tendenza ad assorbire acqua, che può costituire in particolari circostanze, i cicli di gelo e disgelo nei climi freddi, un problema da non sottovalutare. Si vedrà anche come e perché negli elementi prefabbricati si riesca ad applicare le soluzioni per ovviare al problema in questione, in una maniera che può fornire risultati più sicuri e costanti rispetto a quanto è possibile ottenere in cantiere.

IL GELO E IL CALCESTRUZZO

Il calcestruzzo, costituente principale del cemento armato, è per sua natura un materiale a elevata porosità, al suo interno sono cioè presenti microcapillari e microbolle di aria che contribuiscono a costituirne la sua particolare struttura. E’ quindi inevitabile che una certa quantità d’acqua riesca a penetrare in tali condotti, non solo nelle parti direttamente esposte agli agenti atmosferici, ma anche in quelle protette, sia per problemi di infiltrazione che di condensa. Altra acqua può inoltre essere presente per cause diverse, quali ad esempio un calcestruzzo non completamente asciutto per problemi o tempi non corretti nella fase di asciugatura.

Comunque vi si trovi o vi sia entrata l’acqua così presente, qualora la temperatura scenda sotto lo zero, essa tende ad aumentare di volume, di circa il 9%, e quindi a “forzare” il calcestruzzo dall’interno. Una volta che la temperatura risale, l’acqua torna allo stato liquido, solo per ritornare nuovamente a quello solido quando la temperatura torna di nuovo sotto zero. A seconda del clima di un determinata località, tali cicli di gelo e disgelo possono ripetersi anche molte volte l’anno.

Il risultato è che, con l’andare degli anni, il cemento armato sottoposto a tale regime può subire danneggiamenti che possono anche compromettere le sue qualità strutturali. Per tali motivi, quando il clima lo comporta, è necessario che il calcestruzzo usato nel cemento armato venga preparato seguendo particolari accorgimenti che diminuiscono notevolmente la sua sensibilità al gelo-disgelo.

E’ bene avere presente che a parità di cemento armato, i danni provocati dal gelo variano ampiamente in funzione delle temperature minime raggiunte. Per semplificare possiamo dire che sopra i -5 gradi centigradi i danni sono relativamente superficiali e comunque da non sottovalutare. Al di sotto di tale temperatura il gelo è in grado di causare fessurazioni profonde anche dopo pochi cicli.

IL CEMENTO ARMATO CHE RESISTE AL GELO

Benchè non sia possibile rendere totalmente nulli gli effetti dell’acqua e del gelo sul cemento armato, le seguenti regole di produzione assicurano un cemento armato con ottime caratteristiche di resistenza a tali agenti e di lunga durata nel tempo.

1- Riduzione del rapporto acqua/cemento nel calcestruzzo
Un calcestruzzo destinato ad essere esposto al gelo, non dovrebbe superare un rapporto acqua/cemento del 0,55, secondo quanto prescritto dalla norma UNI 9858/ENV 206. La riduzione della quantità di acqua così prescritta agisce in senso positivo in due maniere. Riduce innanzitutto la porosità capillare e quindi diminuisce la tendenza del calcestruzzo ad assorbire acqua dall’esterno. Inoltre abbassa anche la quantità di acqua che potrebbe permanere nel calcestruzzo, una volta terminata la maturazione dello stesso.

2 – Aumento delle dimensioni delle bolle di aria
Sia l’esperienza che l’analisi del comportamento del calcestruzzo a livello microscopico, mostrano che se le bolle di aria presenti nella matrice di cemento hanno dimensioni appropriate, non sono cioè troppo piccole, il calcestruzzo ha una resistenza al gelo maggiore. Non vi è spazio in questo articolo per mostrare il perché le cose stanno così. E’ sufficiente dire che tale condizione si ottiene attraverso l’uso di appositi additivi (tensio-attivi e agenti aeranti) che nella preparazione influiscono sulla dimensione delle bolle e che danno a luogo a quello che viene chiamato “calcestruzzo aerato“, un calcestruzzo in cui la percentuale di aria è superiore a quella del calcestruzzo convenzionale. La quantità di aria da introdurre in questa maniera dipende dalle caratteristiche richieste al calcestruzzo, e in particolare dal numero e dall’intensità di cicli gelo/disgelo che il calcestruzzo deve sopportare. Un 5% in volume di aria è comunque un valore medio di solito utilizzato in molteplici applicazioni.

La più alta resistenza al gelo di tale calcestruzzi viene direttamente presa in considerazione dalla norma UNI 9858, che stabilisce le caratteristiche minime che il calcestruzzo deve avere a seconda dell’ambiente in cui è posato. Tale norma, per quanto riguarda il presente discorso, individua 3 ambienti specifici, ambiente umido con gelo (classe 2b), ambiente umido con gelo e usi di sali disgelanti (classe 3) e ambiente marino con gelo (classe 4b), per i quali prescrive un contenuto minimo di vuoti d’aria che il calcestruzzo deve avere.

Tale soluzione può però essere meno efficace qualora i tempi di trasporto siano particolarmente lunghi, dato che le sollecitazioni del trasporto possono indurre una parziale espulsione dell’aria immagazzinata. Nel caso dei capannoni prefabbricati tale problema, se presente, è comunque in pratica irrilevante dato i tempi di trasporto generalmente brevi, dovuti anche alle corte distanze che di solito separano le aziende di produzione dalle località di posa.

Come soluzione alternativa agli additivi, per ottenere lo stesso effetto, è comunque possibile utilizzare una tecnologia che si sta sempre più diffondendo, specialmente all’estero, quella delle microsfere cave, denominate anche MSC. Le MSC sono delle sfere vuote di materiale plastico, di dimensioni microscopiche (0,02-0,04 mm), che vengono aggiunte alla amalgama di cemento in quantità dipendente dal rapporto acqua/cemento utilizzato per quel particolare calcestruzzo. La loro funzione è quella di essere una specie di bolle artificiali, che a calcestruzzo indurito hanno un comportamento praticamente identico a quelle delle bolle naturali o ottenute con additivi.

3 – Utilizzo di inerti resistenti al gelo
Dato che anche i materiali inerti, quali la ghiaia, utilizzati nel calcestruzzo possono presentare lo stesso problema rispetto al gelo della matrice di cemento, l’uso di inerti di per sé resistenti al gelo, contribuisce ad aumentare la resistenza complessiva del cemento armato a tale elemento.

CONSIDERAZIONI SU DIFFUSIONE E COSTI

L’aria presente nel calcestruzzo aerato, benché ne aumenti la resistenza al gelo, ne diminuisce la resistenza meccanica. Tale riduzione si aggira attorno a un 5% ogni punto di percentuale di aria introdotta artificialmente. A questa minore resistenza si ovvia diminuendo la quantità di acqua utilizzata nella preparazione della miscela, ottenendo quindi un calcestruzzo con una maggiore quantità di leganti. La diminuzione di acqua riduce la lavorabilità dell’impasto, che è in parte compensato dalla maggiore lavorabilità dovuta all’aria. Nel caso la lavorabilità sia comunque troppo bassa è possibile utilizzare particolari additivi per ovviare al problema.

Per quanto riguarda i costi, la minore quantità d’acqua, così come l’uso di additivi vari, aumentano, anche se limitatamente, il costo del calcestruzzo così ottenuto. E’ questo uno dei motivi, anche se non l’unico, per cui i calcestruzzi aerati in Italia, tendono ad avere presso i costruttori una scarsa diffusione.

Se si pensa che da una parte solo circa il 2% di tutto il calcestrutto prodotto è aerato, e dall’altra che una considerevole parte del nostro territorio si trova in climi in cui il gelo è presente almeno per diversi mesi l’anno, si capisce quanto spazio tale soluzione abbia ancora da guadagnare. La consapevolezza dei danni provocati dal gelo, che in non pochi casi è stato in grado di ridurre nell’arco di una ventina di anni opere in calcestruzzo alla quasi inagibilità, è uno dei fattori che potrà dare una spinta in questa direzione. E questo tanto più che negli altri paesi Europei i calcestruzzi aerati sono una realtà collaudata, apprezzata e diffusa, sia nell’edilizia pubblica che in quella privata.

I CAPANNONI PREFABBRICATI

Come è risaputo, uno dei vantaggi dei capannoni prefabbricati in cemento armato rispetto a quelli costruiti in situ, è il maggiore controllo di qualità che i primi permettono, proprio per le procedure costruttive utilizzate. Questo anche perché l’ambiente in cui vengono realizzati gli elementi in cemento armato che andranno poi a costituire il capannone prefabbricato, e cioè la fabbrica del costruttore, permette una serie di controlli e di processi più standardizzati che non il cantiere del capannone realizzato in situ, basti pensare ai problemi che le condizioni atmosferiche possono in quest’ultimo caso provocare. Procedure altamente standardizzate implicano inoltre uno stretto controllo non solo sul processo produttivo, ma anche sulla qualità delle materie prime utilizzate nella produzione.

Questo è un vantaggio non trascurabile nel caso della preparazione di calcestruzzo aerato, data la rilevante incidenza che hanno diversi fattori nella riuscita della sua preparazione. Fattori che includono non soltanto dosaggi e qualità delle materie prime, ma che vanno dai tempi impiegati nelle varie fasi di preparazione alle temperature utilizzate, dalle sollecitazioni e vibrazioni a cui sono sottoposti i preparati, al tipo di miscelatore e ad altri elementi che condizionano il risultato finale. Tutti fattori il cui stretto controllo è per forza di cose più difficoltoso in un cantiere all’aperto.

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