Barre di vetroresina, armature per le strutture in calcestruzzo

L’Azienda nazionale autonoma delle strade (ANAS) vuole mettere in atto un piano di ricostituzione risolutiva delle opere in calcestruzzo armato grazie all’applicazione impersonale di progetti ideati e destinati a tutti i Progettisti ANAS, progetti che sono stati pubblicati sul sito ufficiale https://www.stradeanas.it/it

A tal proposito è in corso un bando della durata di tre anni per l’Accordo Quadro, dell’importo di 20 milioni di euro, per la protezione catodica galvanica delle opere d’arte dei coordinamenti territoriali dell’ente. L’obiettivo è quello di estendere ad un numero selezionato di ponti e viadotti tale metodo di protezione delle barre metalliche di armatura presente negli elementi strutturali.

Molteplici sono le possibilità di adoperare i compositi durante gli interventi ANAS, dalla realizzazione di strutture nuove alla rimessa in vigore di opere già esistenti ma danneggiate dalla corrosione.

La durabilità delle strutture in calcestruzzo armato viene minata principalmente dalla corrosione delle armature metalliche che, in seguito al regolare processo di carbonatazione del calcestruzzo, genera ossido di ferro. Ciò determina un rigonfiamento delle barre che produce a sua volta fenditure nel calcestruzzo, perdita di aderenza ed espulsione del copriferro.

La questione merita un piccolo approfondimento: quando l’acciaio viene sommerso nel calcestruzzo è protetto dalla corrosione finché il calcestruzzo conserva un valore di alcalinità compreso tra pH 12 e pH 14 che gli permette di mantenere protette le armature. Il calcestruzzo, col tempo, può perdere la sua alcalinità e non essere più in grado di impedire la corrosione del metallo andando a contrastare così l’azione del film passivante (formato da ossidi dello spessore di pochi strati molecolari). Esso si costituisce nelle prime fasi di realizzazione dell’elemento strutturale in c.a. e protegge l’armatura metallica rendendo quasi impossibile la corrosione.
Quando il calcestruzzo ha un valore di pH inferiore a 11,5 il film protettivo si scioglie dando inizio alla corrosione dell’armatura in acciaio.

Ciò può avvenire in seguito all’azione penetrante dell’anidride carbonica presente nell’atmosfera nella superficie del calcestruzzo armato, abbassando il suo pH e rompendo il film di ossido sulle armature che perdono la loro passività (carbonatazione).

Vi sono altri due fattori che possono aggravare tale corrosione: 1) La contaminazione da cloruri presenti nei sali disgelanti su ponti e viadotti utilizzati nelle zone montane in inverno oppure presenti nell’atmosfera in prossimità del mare; 2) Possibili interferenze da correnti galvaniche disperse nelle vicinanze di linee elettriche aeree e cavidotti ad alta tensione.

Spesso per far sì che le opere in calcestruzzo siano il più possibili durevoli, si opta per aumentare il valore del copriferro (“spessore di calcestruzzo che separa le barre metalliche di armatura dalla superficie esterna del getto nelle costruzioni in cemento armato”) al fine di proteggere l’armatura metallica. Tuttavia, questo utilizzo non corretto dello spessore di copriferro può provocare uno sviluppo di fessurazioni con ulteriori danni.

Le attività di ANAS prevedono l’utilizzo di barre in vetroresina realizzate con fibre continue di vetro ECR, che vengono impregnate con resine termoindurenti di vinilestere e successivamente polimerizzate.

A differenza delle barre metalliche, le barre in vetroresina grazie al processo di polimerizzazione diventano chimicamente irreversibili e dunque non possono essere più trasformate. Il vantaggio evidente delle barre costituite da fibre in vetro è che non possono essere corrose. Se il processo di carbonatazione del calcestruzzo costituiva un problema per le barre metalliche, con le barre in vetroresina la durabilità del rinforzo armato non fa altro che potenziarsi.

Anche di fronte alla corrosione galvanica, l’impiego della vetroresina risulta essere vantaggiosa in quanto isolante e insensibile a campi elettrici o onde elettromagnetiche.

Qui di seguito si riportano altre caratteristiche delle barre in vetroresina:

  • Sono molto più leggere e maneggevoli e ciò fa sì che possano essere utilizzate facilmente in cantiere (densità pari a circa 1.900 kg per metro cubo rispetto ai 7.850 kg per metro cubo dell’acciaio)
  • La resistenza a trazione è molto elevata: da 600 a oltre 1.000 MPa;
  • Il modulo elastico è, invece, inferiore a quello dell’acciaio e risulta compreso tra i 40 e 50 GPa

Nel 2018 è stata realizzata la costruzione del primo ponte stradale in calcestruzzo a Tampa in Florida. L’Halls river Bridge è stato completamente rinforzato da barre di fibre in vetro.

Problema normativo
La richiesta da parte delle Autorità nel campo delle infrastrutture di garantire una maggiore durabilità dell’opera, una ridotta manutenzione e una riduzione delle emissioni di CO2 hanno fatto sì che Enti e Rappresentanti nel mondo scientifico e normativo definissero le norme per l’impiego di armature in reti in fibra di vetro GFRP.

In Europa, invece, dal punto di vista normativo, esiste solo il Bollettino FIB n° 40 che però non può essere utilizzato per la progettazione. Da questo punto di vista, il nostro Paese è in una condizione migliore rispetto al resto d’Europa grazie al lavoro svolto dal CNR e al documento CNR DT-203 del 2006 (Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione e il controllo di strutture di calcestruzzo armato con barre di materiale composito fibrorinforzato).

Tali linee guida, tuttavia, non sono state ancora recepite dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti e risulta difficoltoso ottenere il Certificato di idoneità tecnica (CIT) necessario per i diversi impieghi che si volessero fare delle barre in fibra di vetro. Si ritiene, invece, che l’utilizzo di tale materiale nei ripristini strutturali delle opere d’arte possa offrire considerevoli vantaggi.


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