Calcestruzzo Armato
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Reazione alcali-aggregati ed effetti strutturali

Obiettivo del seguente documento è quello di fornire – in estrema sintesi – un quadro generale sulle possibili interazioni tra effetti chimico-fisici sul materiale ed effetti meccanici sulle strutture in calcestruzzo armato, relativamente, in questo caso, alla reazione alcali-aggregato (ASR).

Aspetti chimico-fisici

È noto che alcuni aggregati contengono silice in forma amorfa la quale ha capacità di reagire con gli alcali (sodio e potassio) presenti nel cemento. Tale reazione produce un gelo di silice alcalino fortemente espansivo. Affinché tale reazione si esplichi, è necessario che si presentano simultaneamente i seguenti tre aspetti: 1. L’aggregato è reattivo, 2. È presente un contenuto di alcali > 2 kg di Na2O eq* (a tal proposito, si veda la nota a pag. 187 di “Il nuovo calcestruzzo”, M. Collepardi et al.) per m3 di calcestruzzo; 3. C’è un contenuto d’acqua – sotto forma di umidità – nel calcestruzzo.

Reazione tra silice amorfa e alcali in presenza di umidità (Fonte: Collepardi M. et al., Il nuovo calcestruzzo, settima edizione, Ed. Trevisostampa, 2022)
Schematizzazione dell’aumento di volume di un granulo di silice amorfa per effetto della reazione ASR (Fonte: Collepardi M. et al., Il nuovo calcestruzzo, settima edizione, Ed. Trevisostampa, 2022).
FESSURE DA ASR. Foto 11: muro autostradale con fessure parallele al lato lungo; Foto 12: fessura verticale su una colonna in cemento armato; foto 13: fessura a “carta geografica” su un plinto; Foto 14: pop-out su un elemento strutturale verticale (Fonte: La durabilità delle strutture, a cura di Roberto Marino, Calcestruzzi SpA, pag. 169 di Vito Alunno Rossetti).

Aspetti strutturali

In merito alle conseguenze strutturali dell’azione espansiva e dirompente nel calcestruzzo per effetto della reazione ASR, di seguito si descrive un primo caso studio che mette in evidenza tale problematica.

L’obiettivo dello studio è stato quello di accoppiare – teoricamente - la parte chimica con quella meccanica evidenziando una importante riduzione della resistenza a taglio su elementi in c.a. danneggiati da ASR. Inoltre, sono state eseguite prove sperimentali su elementi strutturali con e senza reazione ASR, allo scopo di tarare le analisi numeriche. Si riportano, pertanto, alcune immagini commentate tratte dal seguente articolo (al quale si rimanda per ulteriori approfondimenti):

Modello FEM della trave in c.a. per le relative simulazioni numeriche (Fonte: A Computational Study of the Shear behavior of Reinforced Concrete beam Affected from Alkali-Silica reactivity Damage, B. Gencturk, H. Aryan, M. Hanifehzadeh, C. Chambreuil and J. Wei, materials, MDPI, 2021).
Distribuzione delle armature a flessione e a taglio (Fonte: A Computational Study of the Shear behavior of Reinforced Concrete beam Affected from Alkali-Silica reactivity Damage, B. Gencturk, H. Aryan, M. Hanifehzadeh, C. Chambreuil and J. Wei, materials, MDPI, 2021).
Modello fessurativo (Fonte: A Computational Study of the Shear behavior of Reinforced Concrete beam Affected from Alkali-Silica reactivity Damage, B. Gencturk, H. Aryan, M. Hanifehzadeh, C. Chambreuil and J. Wei, materials, MDPI, 2021).

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