Acciaio e cemento: un patto inossidabile

tecnologia

Acciaio e cemento: un patto inossidabile





Il concetto base del tondino in acciaio inossidabile è quello di salvaguardare la sicurezza delle costruzioni ed incrementare la loro durata di vita.
Le armature in acciaio inossidabile rispondono infatti ai requisiti statici richiesti dalle condizioni di progetto con ottime caratteristiche meccaniche che soddisfano gli standard richiesti dalle norme ministeriali e garantiscono, come già accennato, condizioni di durabilità notevoli nella r 353h74d esistenza alla corrosione: ciò porta indubbi vantaggi sul piano economico sia sul medio che sul lungo periodo ridimensionando così in misura determinante l'incidenza del maggior costo iniziale.

È importante infatti sottolineare come nella scelta di un materiale, particolarmente nel settore delle opere civili, debbono essere valutate e programmate tutte le implicazioni di carattere economico ad esso correlate (costi iniziali di acquisto, manutenzione e sua frequenza, effetti dei periodi di fuori servizio, perdita di produzione, costi di esercizio indotti quali manodopera e consumo energetico).

Comportamento delle barre nervate in acciaio inox nel calcestruzzo in ambienti aggressivi
Nel calcestruzzo non carbonatato e non inquinato da cloruri, le barre di acciaio inossidabile sono passive come le normali barre di acciaio al carbonio. Ovviamente i più costosi acciai inossidabili non danno alcun vantaggio nel caso in cui non si preveda la carbonatazione del calcestruzzo e la penetrazione dei cloruri presenti ad esempio nelle atmosfere marine o provenienti dai sali antighiaccio.
Il loro impiego è pertanto associato a tali ambienti corrosivi ove le comuni armature subiscono un attacco localizzato quando il calcestruzzo con cui sono a contatto contiene un tenore di cloruri superiore a una soglia critica. Per strutture esposte all'atmosfera questa soglia in genere è compresa fra 0,4% e 1% di cloruri rispetto alla massa del cemento.
In calcestruzzo contaminato da cloruri, anche gli acciai inossidabili potrebbero subire questo tipo d'attacco ma il contenuto di cloruri richiesto per l'innesco della corrosione è notevolmente più elevato. Poiché la resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili aumenta all'aumentare del contenuto di cromo, molibdeno e azoto, il contenuto critico di cloruri dipende dalla composizione chimica delle barre.

Questo può inoltre essere influenzato da altri fattori:
. la microstruttura e le condizioni superficiali dell'acciaio (stato di passivazione)
. il pH del calcestruzzo (che dipende dal tipo di cemento o dalla carbonatazione) e dal potenziale elettrochimico dell'acciaio (che dipende essenzialmente dall'umidità del calcestruzzo).
Diversi studi hanno mostrato che nel calcestruzzo non carbonatato, anche nella condizione peggiore di esposizione (ad esempio la zona al di sopra di quella interessata dalle maree oppure nei punti critici di viadotti e gallerie, tipo cordoli di marciapiede, ecc.) per gli acciai austenitici 304L e 316L e l'acciaio duplex 2205 si può considerare un tenore critico di cloruri superiore al 5% rispetto alla massa di cemento.
Questo contenuto di cloruri viene raggiunto solo in casi eccezionali vicino alle armature, anche con gli usuali spessori di copriferro.
Il contenuto critico di cloruri diminuisce se il calcestruzzo è carbonatato.
Le situazioni in cui il calcestruzzo a contatto con le armature è sia carbonatato sia contaminato da elevati tenori di cloruri si possono trovare, ad esempio, all'interno delle gallerie stradali. In queste condizioni sono da preferire gli acciai con maggiore contenuto d'elementi di lega, come quelli austenitici con almeno 2.5% di molibdeno (tipo 316L, 1.4436) oppure gli acciai inossidabili duplex: gli acciai maggiormente legati sono da preferire anche quando si prospetta il rischio che il copriferro possa presentare fessure di notevole apertura.
È importante osservare che gli ossidi colorati - in genere ossidi di ferro - prodotti dalla saldatura sulla superficie delle armature, hanno una minore resistenza alla corrosione rispetto all'ossido di cromo che si forma spontaneamente a temperatura ambiente. Il tenore critico può quindi ridursi localmente se le barre vengono saldate e gli ossidi colorati non vengono rimossi; con prove di laboratorio si è comunque verificato che, anche in presenza di ossidi di saldatura, la soglia critica è di almeno 3,5% di cloruri in massa rispetto al cemento: valore che costituisce comunque un limite di sicurezza maggiore rispetto al normale acciaio al carbonio.

Comportamento antisismico e resistenza al fuoco
È noto che gli acciai inossidabili, in particolare quelli a struttura austenitica, sono caratterizzati da un'elevata duttilità, ovvero presentano una notevole capacità di allungarsi prima di arrivare a rottura.
Questo fatto è evidente se si osserva la figura del grafico carichi-allungamenti di un acciaio inox al cromo-nichel (304) e lo si confronta con quello di un acciaio al carbonio.
Sulla base di prove di valutazione del comportamento di acciaio inossidabile austenitico per barre ad aderenza migliorata, confrontato con il convenzionale FeB44K, in presenza di sollecitazioni alternate a forte intensità (quali quelle generate da eventi sismici) si è rilevato che l'acciaio inox presenta un elevato livello di tenacità; questo è un elemento basilare per un materiale antisismico visto che deve essere in grado di dissipare l'energia prodotta dal sisma trasformandola in energia di deformazione. Da ricordare inoltre che, per gli acciai inossidabili austenitici, tale tenacità è mantenuta pressoché invariata anche a basse temperature, dato che l'austenite non risente del fenomeno di transizione: questi acciai mantengono dunque un buon valore di resilienza anche a temperature di molto inferiori allo zero, senza passaggio del comportamento da tenace a fragile.
Per quanto riguarda la cosiddetta resistenza al fuoco, occorre rilevare che l'inox della serie austenitica (304, 316) conduce poco il calore; di conseguenza a parità di dimensioni e di geometria un elemento in acciaio inossidabile avrà un'inerzia termica superiore rispetto a quella di uno in acciaio al carbonio. È anche vero che il coefficiente di dilatazione lineare è maggiore rispetto a quello di un acciaio al carbonio, ma questo effetto viene compensato dalla maggiore inerzia termica.
Da un punto di vista strutturale è importante sottolineare come, da dati rilevati eseguendo prove secondo le prescrizioni contenute nell'Eurocodice 3 (Parte 1-2) l'acciaio inossidabile abbia un ottimo comportamento nelle situazioni di incendio.
In sintesi si è osservato che la perdita di resistenza meccanica dell'inox, per temperature superiori a 500°C sia inferiore a quella dell'acciaio al carbonio. Da rimarcare inoltre come alle più alte temperature (800°C circa) mentre l'acciaio al carbonio ha esaurito le sue risorse meccaniche (in pratica la struttura è collassata) l'inox mantiene ancora circa il 50% della sua resistenza iniziale.
Non dimentichiamo poi che tali caratteristiche sono proprie di un materiale che non necessita di alcun rivestimento protettivo, con tutti i vantaggi che ne possono derivare, come per esempio:
. minori tempi di fabbricazione
. assenza di test di verifica degli strati vernicianti
. assenza di manutenzione.
Si consideri, infine, che la combustione degli strati protettivi genera fumi che vanno ad aggiungersi a quelli sempre presenti in un incendio, influendo così sui tempi di evacuazione se ci si trova in ambiente chiuso come una galleria.