Analisi critica di modelli per la valutazione della vita residua di edifici esistenti in C.A.

I fenomeni localizzati di corrosione dovuti alla presenza o ingresso di cloruri nel calcestruzzo vengono individuati come i principali responsabili del deterioramento del comportamento meccanico degli elementi strutturali in C.A.

Tramite l’analisi critica e il confronto di alcuni modelli proposti in letteratura per la stima della resistenza residua di elementi strutturali, si evidenziano nel presente lavoro le criticità dei modelli empirici e l’efficacia di quelli analitici.

Viene inoltre proposto un nuovo approccio, per passare dalla valutazione del singolo elemento alla struttura, basato sulla determinazione di alcuni parametri equivalenti, in grado di descrivere il comportamento nel tempo degli elementi corrosi, e l’effetto di tale degrado sul resto della struttura.

Critical analysis of the models for the residual life evaluation of existing RC buildings

Analisi critica di modelli per la valutazione della vita residua di edifici esistenti in C.A.

1 Introduzione

Il patrimonio edilizio si trova in un evidente stato di degrado e la maggior parte delle strutture in cemento armato ha oramai superato i 50 anni di vita. Tra le principali cause di degrado ascrivibili ad eventi non eccezionali, la più comune e dannosa è sicuramente la corrosione delle armature metalliche all’interno del calcestruzzo. Questo fenomeno può presentarsi anche nelle strutture edilizie in condizioni ambientali non particolarmente aggressive, in modo spesso molto lento ma non per questo meno pericoloso. In condi-zioni di buona progettazione e realizzazione, la cor-rosione non avviene in quanto le armature si trovano in uno stato di passivazione (Ahmad, 2003). Tuttavia, a causa della penetrazione nel calcestruzzo di anidride carbonica (carbonatazione) o di cloruri (sabbia, sali disgelanti, additivi acceleranti), lo strato protettivo delle armature viene uniformemente o localmente di-strutto e le armature vengono depassivate. Allo stato delle conoscenze manca uno strumento in grado di diagnosticare lo stato di degrado delle strutture ed un approccio metodologico che consenta di valutare con rigore scientifico la possibilità di recupero o la neces-sità di demolizione e ricostruzione. Data la vasta scala del problema, tale strumento consentirebbe di pianifi-care interventi mirati e sostenibili per la riqualifica-zione delle strutture esistenti.

Come dimostrano molte campagne sperimentali (Torres-Acosta et al., 2007), la corrosione causa la ri-duzione della resistenza, della rigidezza e della dutti-lità delle strutture; in letteratura si trovano inoltre al-cuni modelli per la previsione della resistenza residua dei singoli elementi strutturali, che qui vengono ap-plicati e confrontati, con l’obiettivo di individuare quelli effettivamente utilizzabili per l’analisi delle strutture esistenti.

La maggior parte della ricerca condotta fino ad oggi si concentra sul comportamento del singolo ele-mento trave o pilastro, pensato isolato, ma per poter arrivare ad una valutazione delle strutture nel loro complesso è necessario analizzare il comportamento di questi elementi all’interno della struttura. Viene quindi proposto un nuovo approccio per descrivere il degrado dei singoli elementi, e valutarne l’effetto sugli altri elementi del sistema strutturale.

2 Analisi critica dei modelli di previsione della resistenza residua

Per quanto riguarda la previsione della resistenza residua dei singoli elementi strutturali si possono individuare in letteratura modelli empirici (Azad et al., 2010), analitici (Jnaid & Aboutaha, 2016) e numerici (Coronelli & Gambarova, 2004).

I modelli numerici sono caratterizzati da una accurata rappresentazione degli effetti del degrado indotti dalla corrosione quali ad esempio la riduzione della sezione di acciaio delle armature longitudinali e trasversali, la riduzione della sezione di calcestruzzo a causa della fessurazione ed eventualmente dell’espulsione del copriferro, il degrado del legame di aderenza acciaio-calcestruzzo.

Tale modellazione richiede una mappatura dettagliata della corrosione all’interno dell’elemento, la cui individuazione è un problema ancora irrisolto.

Inoltre gli stessi autori (Coronelli & Gambarova, 2004) affermano che, in termini di resistenza, gli stessi risultati ottenuti con il modello numerico possono essere ottenuti tramite una stima analitica, considerando la riduzione della sezione di acciaio e il degrado delle sue proprietà meccaniche.

Per queste ragioni, al fine di individuare un modello semplice e affidabile per la stima della resistenza residua di elementi inflessi, si applicano e analizzano in modo critico alcuni tra i modelli empirici ed analitici proposti in letteratura.

Nella seguente analisi verranno indicati con M0 il momento resistente in assenza di corrosione e con Mcorr il momento resistente in seguito alla corrosione.

Inoltre, nelle seguenti simulazioni si è utilizzato un generico diametro D0=12 mm e, per quanto riguarda il processo corrosivo, una durata (T) compresa tra 0 a 60 anni ed un’intensità di corrente di corrosione (Icorr) compresa tra 0.1 e 10 μA/cm².

Questi sono infatti valori derivanti da misure sperimentali su strutture reali; solitamente si ha un’intensità di corrosione limitata ad 1 μA/cm² quando il fenomeno si innesca a causa della carbonatazione e valori intorno a 10 μA/cm² solo in

ambienti molto contaminati da cloruri.

2.1 Modelli Empirici

Molti modelli empirici sono stati sviluppati con l’obiettivo di fornire una previsione della resistenza residua degli elementi strutturali corrosi; concentrandosi sugli elementi inflessi, si osserva che questi modelli spesso non si prestano ad essere applicati nelle reali condizioni rappresentative delle strutture esistenti.

I modelli empirici sono infatti ottenuti tramite regressione di dati sperimentali registrati in laboratorio in seguito a processi di corrosione artificiale.

Mangat & Elgarf (1999) propongono un coefficiente riduttivo che fornisce la percentuale residua di momento resistente rispetto a quello inziale dell’elemento non corroso.

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L'ARTICOLO COMPLETO E' DISPONIBILE IN ALLEGATO

KEYWORDS: existing RC buildings; residual life evaluation; reinforcement corrosion; residual flexural strength; pitting; equivalent parameters / edifici esistenti in C.A.; valutazione vita residua; corrosione armature metalliche; resistenza flessionale residua; pitting; parametri equivalenti