Ponte Morandi: una durabilità nel tempo frutto della conoscenza di allora
In merito alla scarsa durabilità nel tempo del Viadotto sul Polcevera
Lo stato dell'arte della tecnologia del calcestruzzo negli anni della costruzione del ponte sul Polcevera
A seguito del tragico crollo del viadotto sul torrente Polcevera a Genova, avvenuto lo scorso 14 agosto, si è levato un coro di critiche nei confronti dell’illustre progettista dell’opera. In particolare si rimprovera al Prof. Morandi di non aver tenuto conto del degrado che il calcestruzzo subisce nel tempo per effetto degli agenti aggressivi contenuti nell’ambiente esponendo, di conseguenza, ad una prematura corrosione le armature metalliche, in particolare, quelle sottoposte a post-tensione.
Tali critiche appaiono ingiuste ed ingenerose in quanto non tengono conto di quale fosse lo stato dell’arte della tecnologia del calcestruzzo all’epoca del concepimento e della costruzione dell’opera e, in particolare, di quale fosse il livello di conoscenza maturato a quel tempo dei meccanismi che provocano il degrado delle opere in calcestruzzo armato e precompresso.
Agli inizi degli anni 60, periodo in cui il ponte è stato progettato ed eseguito, l’industria del calcestruzzo preconfezionato stava ancora muovendo in Italia i suoi primissimi passi, visto che la sua nascita ufficiale viene datata al 1962. Il calcestruzzo veniva prodotto per lo più in cantiere utilizzando procedimenti non industrializzati e, in particolare, impianti a dosaggio volumetrico. Anche nei pochi impianti di calcestruzzo preconfezionato esistenti, in realtà, il dosaggio degli aggregati avveniva quasi sempre a volume per cui il controllo della composizione del calcestruzzo prodotto risultava piuttosto approssimativo.
Le autobetoniere erano rare (il primo modello prodotto in Italia da CIFA nel 1958 era destinato per lo più al mercato estero) e nei cantieri stradali, quando l’impianto era distante dal luogo di getto, capitava ancora spesso che il trasporto avvenisse “a cassone di autocarro”.
La normativa sul calcestruzzo di allora
Anche il panorama normativo dell’epoca risultava particolarmente carente. In quel periodo, e fino al 1972 (data di emissione del primo decreto attuativo alla legge 1086/71), le costruzioni in calcestruzzo erano ancora regolate dal Regio Decreto n. 2229 del 1939 secondo il quale, ad esempio, il calcestruzzo doveva essere prodotto utilizzando un dosaggio di cemento “... non inferiore a 300 kg per mc di miscuglio secco di materia inerte ... sabbia naturale o artificiale ben assortita in grossezza... scricchiolante alla mano… e sulla quale …non deve lasciare traccia di sporco ... ghiaia ben assortita, formata da elementi resistenti e non gelivi ... quantità d’acqua d’impasto ... determinata in base alla plasticità occorrente per la buona lavorazione degli impasti ...”.
Nessun riferimento veniva fatto alla classe di resistenza o resistenza caratteristica da prescrivere (anche se veniva richiesto di prelevare un numero di almeno quattro provini cubici per la valutazione della resistenza media). Nessun tipo di prescrizione veniva fatta, inoltre, in merito alla durabilità dell’opera ad eccezione di alcune generiche specifiche sulla qualità dei materiali del tipo “… l’acqua per gli impasti deve essere limpida e dolce e non deve contenere cloruri e solfati in percentuale dannosa …” senza, però, specificare a quanto ammontasse tale percentuale dannosa.
Fenomeni di degrado delle strutture in calcestruzzo: all'epoca ancora non perfettamente conosciuti
Anche la ricerca scientifica del settore, nei primi anni ’60, non aveva ancora pienamente compreso i vari meccanismi di degrado delle opere in conglomerato cementizio armato, in particolare, di quelli che provocano la corrosione delle armature metalliche per effetto della carbonatazione e dell’ingresso dei cloruri. Un certo grado di conoscenza di tali fenomeni ha inizio, infatti, soltanto nel decennio successivo.
Ad esempio, l’articolo M. Collepardi, A. Marcialis, R. Turriziani,"Penetration of chloride ions in cement pastes and in concretes", pubblicato nel Journal of American Ceramic Society, che segnò una pietra miliare nella comprensione del meccanismo di propagazione dei cloruri provenienti dall’ambiente esterno all’interno del calcestruzzo, è del 1971, quattro anni dopo la messa in servizio del ponte. Inoltre, ancorché fosse già noto da tempo il fenomeno della carbonatazione del calcestruzzo, solo verso la fine degli anni ’60 e soprattutto nel decennio successivo, vennero iniziate e portate avanti ricerche sistematiche tese a studiare gli effetti che questa ha sulla corrosione delle armature metalliche.
Non deve sorprendere, quindi, se gli spessori di copriferro mediamente adottati all’epoca fossero ampiamente insufficienti a garantire un adeguato periodo di protezione delle armature metalliche nei confronti dell’ingresso dei sopra menzionati agenti aggressivi e se le prescrizioni di capitolato sulla resistenza meccanica del calcestruzzo adottato, quando presenti, fossero basate esclusivamente su considerazioni di carattere statico e non tenessero in alcun conto il problema di minimizzare la porosità del materiale e la sua permeabilità ai liquidi e ai gas.
Questo è il background tecnico e scientifico in cui si sono trovati ad operare i più grandi progettisti italiani di ponti ed infrastrutture (come, appunto, Riccardo Morandi, Guido Oberti, Sergio Musmeci e Silvano Zorzi) e non deve sorprendere, quindi, se la maggior parte delle loro opere non abbia vinto la sfida con il tempo, necessitando, spesso a pochi anni dall’entrata in servizio, di pesanti interventi di ripristino.
Qualche considerazioni sulle riflessioni del prof. Morandi dopo 12 anni dalla costruzione del ponte
Di questa sostanziale “sconfitta” nei confronti del tempo e dell’ambiente sembra prendere, almeno parzialmente, coscienza il Prof. Morandi nella memoria intitolata “The long-term behaviour of viaducts subjected to heavy traffic and situated in an aggressive environment: the viaduct on the Polcevera in Genoa”, pubblicata nel 1979 e recentemente riscoperta dalla testata online “Ingenio”.
Sono passati soltanto 12 anni dall’entrata in servizio del “ponte Morandi” ma è trascorsa un’era geologica per il settore del calcestruzzo.
Da una parte, l’introduzione, avvenuta negli anni ‘70, dei primi additivi superfluidificanti a base naftalinica segna una vera e propria rivoluzione nella produzione del calcestruzzo consentendo di realizzare conglomerati caratterizzati da basso rapporto acqua/cemento, e quindi bassa porosità, ed elevata lavorabilità ed affidabilità nella posa in opera; dall’altra parte, proprio negli anni ’70, iniziano a manifestarsi pesantemente i sintomi di rapido invecchiamento della maggior parte delle opere in calcestruzzo armato e precompresso realizzate nel secondo dopoguerra, cosa che costringe la ricerca di settore a focalizzarsi sullo studio dei vari meccanismi di degrado di questa tipologia di opere e a maturare rapidamente quella coscienza e conoscenza di questi fenomeni che, come si è visto, era mancata nei convulsi anni della ricostruzione post-bellica e del boom economico.
Coscienza che s’intravvede nelle parole dello stesso Morandi laddove egli, pur sostanzialmente “assolvendo” la propria opera che, a suo giudizio, si stava comportando egregiamente dal punto di vista fessurativo, nonostante il notevole incremento dei volumi di traffico già avvenuto in quegli anni rispetto a quelli previsti in fase di progettazione, ammette che dopo poco più di un decennio, stavano già iniziando a manifestarsi isolate macchie di ruggine laddove, per errori costruttivi, il copriferro risultava inferiore a quello previsto in progetto.
Morandi attribuisce la causa di queste “macchie” alla notevole aggressività dell’ambiente in cui si trovava in esercizio il ponte, ambiente caratterizzato, in particolare, da un’atmosfera “altamente salina” dovuta ai venti marini che vengono canalizzati lungo la vallata attraversata dal viadotto e investono l’opera - che si trova a circa 1 km dal mare - penetrando nel calcestruzzo e provocando nel tempo la corrosione delle armature metalliche. Non è noto se questa affermazione di Morandi fosse basata su misure oggettive di salinità dell’aria o di concentrazione di cloruri nel calcestruzzo del ponte, dati che, in effetti, non vengono citati nella memoria, o se fosse frutto di una semplice intuizione derivante dalla costatazione che le piastre di acciaio rivestito di cadmio degli appoggi dell’impalcato erano state letteralmente corrose dopo soli 5 anni e si era dovuto procedere alla loro sostituzione, per mezzo di operazioni piuttosto complicate, con nuovi elementi in acciaio inossidabile.
L’ipotesi fatta appare, ad ogni modo, piuttosto verosimile se si considera che a Genova, nei sei mesi che vanno da Aprile a Settembre, spirano forti venti di Libeccio con direzione prevalente da sud-ovest, ossia, dal mare e che a poche decine di chilometri da Genova, in località Varazze, su un altro grande ponte dell’autostrada A10, il viadotto Teiro, più o meno coetaneo del Polcevera e posto in una condizione analoga di esposizione (è a circa 650 metri dal mare) venne riscontrato, proprio alla fine degli anni ‘70, un intenso degrado con diffusa corrosione delle armature metalliche, attribuito, a seguito di indagini chimiche condotte sul calcestruzzo della struttura, ai cloruri provenienti dal mare.
Oggi non ci risulta difficile accettare l’idea che un’opera posta ad un chilometro dal mare possa soffrire di problemi legati ai cloruri di origine marina dal momento che tale ambiente di esposizione è stato codificato nelle attuali normative (UNI EN 206 e UNI 11104) e classificato come XS1 “Strutture in prossimità della costa esposte a nebbia salina ma non a diretto contatto con acqua di mare”. Probabilmente, però, non era facile ed intuitivo immaginare, all’epoca della costruzione del Polcevera, che questo avrebbe sofferto di corrosione causata dalla penetrazione dei cloruri.
Morandi aggiunge che oltre cloruri, i venti marini trasportassero verso il ponte, i fumi “altamente nocivi” dall’acciaieria ILVA di Cornigliano, posta all’interno dell’area portuale di Genova proprio all’imbocco della vallata del Polcevera. Egli non cita mai, in realtà, l’ILVA, parlando semplicemente di “acciaierie” ma il riferimento all’impianto la cui area a caldo è stata definitivamente chiusa nel 2005 è palese.
La nocività dei fumi emanati da un’acciaieria nei confronti del calcestruzzo è duplice. Da una parte, l’anidride carbonica emessa dai forni, provoca un’accelerazione del fenomeno della carbonatazione con conseguenze sull’innesco della corrosione nelle armature. Dall’altra, si deve tener conto del fatto che in impianti come quello di Cornigliano, esistono forni per la distillazione del carbon fossile (le cosiddette cokerìe) processo che consiste nell’abbattimento del livello di zolfo presente nel combustibile, al fine di incrementarne il potere calorico e che ha come risultato la produzione di fumi carichi di anidride solforosa.
Se tali fumi vengono scaricati direttamente nell’ambiente, l’anidride solforosa reagisce con l’aria umida formando acido solforico il quale, a contato con il calcestruzzo, trasforma la calce di idrolisi in gesso con conseguente perdita di resistenza e aumento locale della porosità del calcestruzzo. Il gesso, essendo un sale solubile, viene successivamente dilavato dalle acque piovane, oppure può dar vita ad un attacco solfatico del calcestruzzo con formazione di ettringite secondaria di carattere espansivo e fessurativo.
Morandi, nell’articolo del 1979, cita esattamente questo meccanismo di degrado affermando che: “… In questi ultimi anni, le superfici esterne delle strutture, soprattutto quelle esposte verso il mare, e, quindi, maggiormente attaccate dai fumi acidi delle ciminiere, stanno iniziando a mostrare un fenomeno di aggressione di origine chimica. Ciò è, ovviamente, dovuto alla produzione di sali solubili risultanti dalla combinazione degli acidi contenuti nei fumi con la calce libera del calcestruzzo … con conseguente … perdita superficiale di resistenza chimica del calcestruzzo stesso. …”
Morandi prosegue prevedendo che: “… prima o poi, probabilmente tra pochi anni, sarà necessario ricorrere ad un trattamento consistente nella rimozione di tutte le tracce di ruggine, nell’esposizione delle armature metalliche, nella ricostruzione di tutte le parti demolite con resine epossidiche e nella protezione finale con elastomeri …”.
In effetti, a partire dai primi anni ’80, quindi proprio pochi anni dopo la pubblicazione di questo articolo, il Ponte Morandi venne sottoposto ad un esteso intervento di ripristino e protezione superficiale. L’intervento, invece che con resine epossidiche, come ipotizzato da Morandi, venne eseguito utilizzando la malta cementizia a ritiro compensato Emaco S88 (messa a punto e brevettata nel 1975 da Mario Collepardi) rivestita con una vernice a spessore millimetrico di Emaco Bianco.
Il ripristino ha riguardato sia le pile ad H della parte strallata (la 9, la 10 e la 11) che quelle secondarie a V numerate da 1 a 8 le quali, come testimoniano le foto di Figg. 1 e 2, risalenti proprio ai primi anni ’80, mostravano già ben più degli isolati segni di ruggine citati pochi anni prima da Riccardo Morandi.
Fig. 1 – Immagine dello stato di degrado della pila n°8 agli inizi degli anni ’80, prima dell’intervento di restauro conservativo cui venne sottoposta. In lontananza si intravvede l’antenna della pila n°9, crollata il 14 agosto scorso.
Fig. 2 – Immagine dello stato di degrado evidenziato nei primi anni ‘80 da una delle pile a V non strallate del viadotto Polcevera
Osservando le immagini del ponte che è possibile reperire oggi dall’applicazione “Street View” di Google, risalenti ad ottobre del 2017 (Fig. 3 e 4), sembra che il ripristino corticale, eseguito con la malta Emaco S88, venne eseguito soltanto sulle pile, mentre l’impalcato, che nelle foto di Fig. 1 e 2 mostrava comunque segni di degrado superficiale, sembra essere stato sottoposto nel tempo soltanto ad operazioni di pulizia e interventi localizzati con patches che sembrano costituite da fogli di guaina bituminosa (Fig. 3).
Fig. 3 – Immagine tratta da “Street View” (Ottobre 2017) della pila 7. La superficie delle colonne che costituiscono la pila appare come “intonacata” a testimonianza del fatto che sia stata sottoposta ad un intervento di ripristino superficiale con una malta tixotropica lisciata a fratazzo. Al contrario, l’intradosso dell’impalcato mostra ancora i segni dei casseri utilizzati per il getto e sembra essere stata sottoposta soltanto ad interventi localizzati di protezione con fogli di colore scuro (guaine bituminose?)
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