Il degrado del cemento

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Il danneggiamento delle opere cementizie rappresenta un inevitabile evento proprio della vita stessa di tutte le costruzioni. In particolare, la velocità con cui esso si verifica è la misura della durabilità dell’opera.

Il degrado può manifestarsi per cause diverse:

  •  degradazione propria del materiale;
  •  degradazione per cause ambientali(effetti termici, idrometrici, di umidità …);
  •  degradazione per fenomeni di fatica;
  •  degradazione per inadeguate condizioni statiche.

L’ultimo caso comprende tutti i danni che insorgono in assenza di condizioni statiche adeguate, cioè in tutti i casi in cui si verificano cedimenti vincolari (anche a seguito di variazioni d’uso, manomissioni, rimaneggiamenti della struttura originaria) oppure nei casi in cui non sono presenti armature adeguate per quantità o posizione.

A titolo di esempio di tipico danno per assenza di adeguate condizioni statiche, si cita il caso del danneggiamento delle strutture ad arco, consistente nella formazione di fessure in direzione normale alla linea d’asse, in corrispondenza delle zone di trazione che vengono a crearsi in concomitanza con l’instaurarsi del meccanismo di collasso detto delle tre leve. In tale caso, il danno può essere legato alla mancanza di un contrasto adeguato alla spinta orizzontale agli estremi dell’arco (il tirante).

In rapporto con la tipologia di sollecitazione prevalente, nelle strutture in cemento armato possono instaurarsi vari tipi di quadri fessurativi. Con riferimento ad una trave incastrata agli estremi si hanno, in linea di massima, i seguenti casi:

FESSURE VERTICALI

Fessure verticali, in mezzeria all’intradosso e all’estradosso agli estremi, non passanti (cioè limitate alle zone di trazione), dovute esclusivamente a sollecitazioni flessionali.

FESSURE A 45°

Fessure inclinate a 45°, collocate nella parte centrale della trave (non emergono cioè né all’intradosso né all’estradosso) in corrispondenza degli estremi, dove il taglio, che le provoca, è massimo.

FESSURE A 45° ARCUATE

Sono simili a quelle appena descritte, con la sensibile differenza che non sono rettilinee, ma leggermente arcuate (con concavità rivolta verso la mezzeria della trave); sono dovute all’effetto combinato di taglio e flessione.

FESSURE ELICOIDALI

Sono del tutto interne alla trave e si sviluppano seguendo una spirale; sono dovute a prevalenti effetti torsionali.

FESSURE PASSANTI VERTICALI

Fessure verticali passanti, cioè visibili sia all’intradosso, sia all’estradosso della trave, sono dovute a fenomeni di ritiro o a effetti termici conseguenti a variazioni termiche uniformi.

FESSURE VERTICALI ALL’INTRADOSSO

Fessure verticali non particolarmente profonde, uniformemente distribuite lungo tutta la trave, ma solo nella parte superiore; sono dovute a fenomeni intensi di viscosità.

FESSURE ORIZZONTALI

Fessure parallele all’asse, che si formano particolarmente in zona tesa, spesso in conseguenza dell’ossidazione delle armature (fenomeno che provoca un incremento di tensione tale da provocare l’esplosione del copriferro).

Con riferimento invece ad una trave verticale (pilastro) si individuano le seguenti tipologie di danno:

FESSURE VERTICALI

Fessure parallele all’asse, che insorgono nella parte centrale del pilastro in seguito a sollecitazione di compressione particolarmente intense e/o ad uno sganciamento dell’armatura interna.

FESSURE DA ESPLOSIONE

Si tratta di veri e propri squarci aventi profondità prossima al copriferro, dovuti alla sollecitazione di compressione che provoca lo scoppio del cemento. In molti casi la reale causa è la non ottima qualità del calcestruzzo utilizzato, unita al notevole stato di sollecitazione che grava sugli elementi verticali delle ossature in cemento armato di molti edifici.

Nelle murature o nei tramezzi non portanti si instaurano quadri fessurativi del tipo:

FESSURE DIAGONALI

Fessure spesso di notevole lunghezza, che si dipartono dalla zona centrale fino agli angoli, in direzione degli estremi della struttura portante sottostante, dalla cui eccessiva inclinazione sono provocate.

FESSURE “A RAGNATELA”

Fessure visibili in superficie (sia sulle murature sia sui soffitti) estese e ramificate, che tendono a incrociarsi formando disegni simili ad una ragnatela. Si tratta di fessure dovute alla mancanza di aderenza tra lo strato superficiale e il resto della struttura, interessanti per lo più l’intonaco.

Spesso, nell’analisi di quadri fessurativi di strutture antiche (palazzi in muratura portante, chiese …) ci si trova di fronte a fenomeni che possono non dipendere dallo stato di sollecitazione in maniera diretta, ma soltanto in conseguenza di rimaneggiamenti, oppure per l’influenza esercitata da costruzioni limitrofe non coeve e differenti per tipologia e materiali costituenti.

Un palazzo a struttura portante in cemento armato è più pesante di uno in muratura, perciò induce sul terreno di fondazione uno stato tensionale di maggiore intensità, così come di maggiore intensità sono i relativi cedimenti. È evidente come la presenza di una struttura del genere a fianco di una in muratura portante induca, a partire dal piano di fondazione, un’incongruenza nel valore del cedimento che si trasforma, al crescere dell’altezza e data per scontata una certa solidarietà fra le due strutture, in una rotazione impressa che può dare origine a fessure localizzate anche di notevole entità.

Non si può impostare una casistica per questa tipologia di danni, ma si può dire che, in generale, definito il cinematismo dell’insieme, le fessure si formeranno lungo le superfici a trazione più intensa; viceversa, dato il quadro fessurativo, è possibile ricostruire, a grandi linee, il cinematismo che lo ha provocato.

Negli edifici “storici” (in muratura portante) è inoltre spesso possibile individuare due classiche tipologie di fessure:

    a.     Fessure che corrono lungo la malta, percorrendo la parte più debole, in termini di resistenza meccanica, della struttura.

    b.     Fessure localizzate dovute a cinematismi causati dalla rimozione di elementi non portanti, ma fondamentali nell’equilibrio instauratosi a seguito del lungo processo di consolidamento che caratterizza gli edifici in muratura.

Il meccanismo di formazione delle fessure si può spiegare facendo riferimento ad un corpo continuo in ogni punto del quale è definito il tensore S.

Le superfici di frattura sono le superfici lungo le quali il tensore S provoca il superamento dei valori limite di resistenza che garantiscono la continuità del materiale stesso. Occorre perciò definire tali valori limite:

     1.      limite a trazione – massima tensione sopportabile prima che avvenga il distacco tra due lembi di materiale a seguito di sollecitazioni di trazione (anche provocate da flessione)

     2.      limite a taglio – massima tensione sopportabile prima che avvenga il distacco tra due lembi di materiale a seguito di sollecitazioni di taglio puro

Nel primo caso la fessura si colloca in posizione normale alla retta di azione della ipotetica forza di trazione, mentre, nel secondo, il distacco ha collocazione su un piano parallelo a tale retta.

Emanuele RUGGERONE, ingegnere

foto © archivio

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