Crepe nelle pavimentazioni in calcestruzzo: un problema di ritiro

Dall'articolo tratto dal sito del PCA (Portland Cement Association) si ricavano diverse informazioni interessanti sulla progettazione di lastre di calcestruzzo per pavimentazioni industriali.

Un po’ troppo spesso viene trascurato, ma il potenziale ritiro di una miscela di calcestruzzo è forse il fattore più importante per un calcestruzzo usato per costruire pavimenti industriali su terrapieno. Tutti i calcestruzzi, anche quelli a ritiro compensato, si ritirano. A causa della perdita di volume, il ritiro del calcestruzzo può portare alla rottura quando si verificano attriti alla base o per un’altra restrizione. Il ritiro causa anche il curling/imbarcamento che può portare a una serie di problemi alla lastra, tra cui una ridotta capacità di carico (fessurazioni strutturali) e problemi di stabilità ai giunti, come le crepe. Le fessurazioni da ritiro indotto e l’imbarcamento/curling possono essere anche la causa di un rallentamento di marcia dei veicoli (un potenziale problema di salute e sicurezza) e di difetti nella pavimentazione (instabilità causata da deformazione inversa). In breve, il ritiro è uno dei maggior difetti di prestazione delle lastre in calcestruzzo. Per aumentare le prestazioni delle pavimentazioni in calcestruzzo, il ritiro deve essere meglio compreso e affrontato.

È cambiato il modo di movimentare i materiali
Il ritiro del calcestruzzo è diventato un problema nella progettazione delle pavimentazioni industriali sempre più importante. Uno dei principali motivi è l'evoluzione del settore distribuzione/logistica materiali. Poiché l'industria è evoluta e il mercato è diventato sempre più competitivo, l'efficienza della movimentazione ha assunto un aspetto importante. Le attrezzature per la movimentazione dei materiali sono state sviluppate per muovere più prodotti ad un ritmo più veloce, ma non ancora in sicurezza. Le scaffalature possono contenere tranquillamente un carico maggiore e stanno crescendo in altezza. Tuttavia, le dimensioni delle piastre del pavimento non sono aumentate in proporzione, ciò si traduce in maggior pressione alla base e sforzo a flessione.
 
Un'altra caratteristica riguardante l'evoluzione della movimentazione materiali che influenza le pavimentazioni in calcestruzzo è la geometria delle ruote dei carrelli elevatori. Le ruote si sono evolute da grandi pneumatici a piccole ruote solide che aumentano la stabilità del veicolo. Tuttavia, queste ruote applicano una maggiore pressione di contatto, in un ingombro minimo, significativa che va ad aumentare l'importanza della stabilità dei giunti al fine di mantenere l'efficacia del riempitivo resistente al deterioramento. Il design della lastra industriale deve diventare più sofisticata al fine di soddisfare al meglio queste moderne ed efficienti operazioni di movimentazione/transito.

Il Mix design deve cambiare
Oltre all’evoluzione nel campo della movimentazione materiali, il ritiro del calcestruzzo generalmente utilizzato per le lastre su terreno è aumentato nel corso degli ultimi due decenni. Ci sono molti fattori che contribuiscono a questo aumento come un alto contenuto di polveri e il crescente uso di additivi. Inoltre, la disponibilità di aggregati di buona qualità è in diminuzione; ciò ha costretto l'utilizzo di additivi che hanno proprietà che contribuiscono ad un maggior ritiro. Un altro fattore importante è la crescente domanda di costruzioni in tempi rapidi. Molte miscele a presa rapida e ad alta resistenza hanno un potenziale aumento del ritiro.

Le cause di variazione del volume di calcestruzzo
La riduzione delle lastre di calcestruzzo può essere causato da una diminuzione della temperatura o dalla perdita di umidità. Queste due cause sono anche legate, rispettivamente, all’imbarcamento e alla deformazione delle lastre.
Il curling è la deformazione della lastra a causa di una differenza di temperatura (gradiente di temperatura ΔT) tra la superficie della lastra e la sua parte inferiore. Come la maggior parte dei materiali, il calcestruzzo si espande e si contrae per variazioni di temperatura. Se la superficie della lastra è più fredda della parte inferiore della lastra, la superficie si contrae inducendo i bordi della soletta ad arricciarsi verso l'alto.
La "deformazione" della lastra è la deformazione del profilo della superficie della lastra a causa di una differenza di umidità (gradiente di umidità) tra la superficie e il fondo della lastra. Come una spugna, se la superficie della lastra si asciuga e il fondo tende a rimanere umido, i bordi tendono a deformarsi verso l'alto.
Le pavimentazioni esterne in genere presentano un inarcamento permanente verso l'alto del bordo e l’effetto imbarcamento a causa dei cicli giornalieri di riscaldamento e raffreddamento della superficie dovuti all'esposizione al sole. In generale invece, i bordi dei pannelli delle pavimentazioni interne in calcestruzzo si deformano verso l'alto a causa del un gradiente di umidità attraverso lo spessore della lastra.

Il ritiro per ΔT
Il calcestruzzo ha un coefficiente termico di espansione e contrazione di circa 0.0000055 in/in per grado Fahrenheit (circa 0.000014 cm al cm per grado Fahrenheit). Dopo l'indurimento, il calcestruzzo si contrae per effetto del raffreddamento dopo il picco del calore di idratazione (tipicamente coincidente con la diminuzione della temperatura ambiente durante la notte). Un calo di temperatura tra il giorno e la notte di 40° Fahrenheit (4,5°C) può causare una contrazione di circa 0,08 cm su una lunghezza di 3 m circa di calcestruzzo. Un ritiro tale è sufficiente a provocare fessure, soprattutto nei primi tempi quando la resistenza del calcestruzzo è ancora bassa. Pertanto, è importante tenere in considerazione il delta di temperatura nel primo periodo e installare correttamente i giunti di contrazione per controllare la formazione delle fessurazioni. Mantenere la temperatura del calcestruzzo più bassa possibile e in prossimità della temperatura di esercizio finale della struttura (target 27° C) aiuta a diminuire il delta termico.

Ritiro igrometrico
Dopo l'indurimento, il calcestruzzo comincia a restringersi non appena l'acqua non consumata durante l’idratazione del cemento evapora. Questo processo è noto come ritiro igrometrico. L’acqua oltre a quella necessaria per idratare il cemento serve per una corretta lavorabilità ed è chiamata "aggiunta d’acqua." In generale, maggiore è il contenuto di acqua aggiunta, maggiore è il ritiro potenziale. Per i piccoli provini di calcestruzzo non rettificati, si considera un basso ritiro definitivo (sforzo) se inferiore a un 520/1000000 (al 50% di umidità relativa e 23° C). Un tipico ritiro nel calcestruzzo è stato misurato da 520 a 780/1000000. Tuttavia, per alcune miscele, è stato documentato anche un restringimento superiore a 1100 milionesimi. Utilizzando un calcestruzzo con un più alto ritiro idrometrico aumenta il rischio di problemi per le prestazioni del pavimento.

Nell'articolo completo:

- Prove di laboratorio
- Effetto sul ritiro delle materie prime del calcestruzzo