Effetti del modulo elastico dell’ossido

Della forte incertezza che ancora oggi si ha circa il valore del modulo elastico dell’ossido, E_o, si è già detto al paragrafo 2.1, pertanto in Figura 58 si riportano i risultati ottenuti utilizzando i parametri della classe di esposizione XC2, con barra ϕ16 e tra differenti valori del modulo stesso.

Si nota che, nonostante i valori di Eo considerati siano molto diversi tra loro (anche tre ordini grandezza tra 130 MPa e 210.000 MPa) le curve che descrivono l’andamento del rapporto Ωp,tr sono praticamente coincidenti.

0.4 1 1.6 0 8 16 Ω^p ,tr EC 2 x [µm] n=2 n=2.5 n=3 n=4 n=5 n=6

Figura 58: Ω_p,trEC2 in relazione alla riduzione di barra, x – effetti del modulo di Young, Eo, in accordo all’EC2

Questo risultato è, probabilmente, dovuto al fatto che lo spessore dello strato di ossido è molto sottile rispetto alla corona di calcestruzzo circostante. Infatti, essa raggiunge spessori massimi dell’ordine di qualche centinaia di micron, mentre la corona di calcestruzzo (copriferro) raggiunge i tre/quattro centimetri.

In questa parte del lavoro, si è posta l’attenzione sull’effetto che il fenomeno della corrosione nelle strutture in calcestruzzo armato ha sull’aderenza tra barra e calcestruzzo. Tutte le analisi sono state condotte cercando di parametrizzare le caratteristiche fisico-chimiche dell’acciaio, dell’ossido e del calcestruzzo, oltre a considerare le differenti combinazioni possibili di progettazione (diametro della barra, valore del copriferro classe di resistenza del calcestruzzo). Il tutto, è stato eseguito tenendo in considerazione le direttive delle principali normative italiane, europee oltre che del First Complete Draft of Model Code 2010. Lo scopo di questa fase era quella di valutare l’effetto dei parametri già considerati nella fase della modellazione FEM ed analitica per lo studio del fenomeno di innesco e fessurazione sulla variazione dell’aderenza di manufatti in calcestruzzo armato soggetti a fenomeni di corrosione.

Scelte delle classi di esposizione ambientali, il processo di corrosione è stato simulato utilizzando il sistema analitico non-lineare presentato. Al fine di poter avere risultati comparativi sono stati considerati tre differenti modelli di aderenza.

0.4 1.0 1.6 0.0 3.5 7.0 Ω^p ,t r E C 2 x [µm] Eo=130 MPa Eo=1.000 MPa Eo=210.000MPa

A vantaggio di sicurezza si può ipotizzare espansione volumetrica dei prodotti di corrosione genera, dapprima, un incremento del valore di aderenza; e che, successivamente all’apertura della fessura, decresce istantaneamente fino al suo valore iniziale. Infine, a causa del protrarsi del fenomeno di corrosione decresce fino ad annullarsi quando lo spostamento relativo tra barra e calcestruzzo supera il valore dell’altezza delle nervature.

La valutazione della capacità di aderenza passa attraverso la valutazione della variazione della pressione laterale interna, fl, e che, quest’ultima è strettamente legata alla quantità di barra consumatasi e, di conseguenza, alla quantità di ossido formatosi. Tale considerazione nasce dalle analisi effettuate ipotizzando differenti classi di esposizione del calcestruzzo, le quali determinano differenti valori del copriferro e differenti classi di resistenza del calcestruzzo. Considerando, invece, una stessa classe di esposizione (e, quindi, stesso copriferro e stessa classe di resistenza del calcestruzzo) si è notato che il valore di riduzione di barra, x, che conduce alla fessurazione del copriferro, c_c=R₄-R₀, è legato proprio allo spessore stesso del copriferro (determinato dalle normative in relazione alla classe di esposizione ambientale).

Fissato un diametro di barra, si può notare che risulta quasi indifferente, ai fini della variazione dell’aderenza il fatto che si utilizzi un diametro più grande rispetto ad uno più piccolo. Si nota, però, che affinché vi sia la fessurazione del copriferro, diametri minori determinano maggiori consumi di barra, mentre diametri maggiori determinano un incremento, se pur lieve, della capacità di aderenza, probabilmente dovuto all’altezza maggiore delle nervature.

Fattore molto influente sulle capacità di aderenza è, invece, il creep. Con il passare del tempo, infatti, a causa della maggiore riduzione del modulo elastico del calcestruzzo (il fattore di creep, ϕ, cresce) il consumo di barra, x, che determina la fessurazione del copriferro aumenta. Tale aspetto diventa pericoloso, in quanto l’espulsione del copriferro (evidente sintomo del degrado delle strutture in calcestruzzo armato) si presenta quando il diametro della barra si è ridotto notevolmente.

La classe di resistenza del calcestruzzo non riveste un ruolo importante in termini di aderenza. Non bisogna, però, dimenticare il benefico effetto sul processo di apertura della fessura, ritardando, così come il copriferro, l’ingresso e l’avanzare degli agenti aggressivi dall’esterno.

Il copriferro è un parametro fondamentale in termini di durabilità e protezione per le armature, anche se non ha effetti sensibili sul rapporto, Ωp,tr, ed ha un effetto piuttosto lineare sulla riduzione di barra. Se si considera un copriferro pari a 40 mm, la riduzione di barra è, infatti, doppia rispetto a quella che si registra nel caso di copriferro pari a 20 mm.

Inoltre, le differenti teorie sull’aderenza, sembrano avere un comportamento piuttosto simile tra loro, ad eccezione per l’Eurocodice 2, in alcuni casi, in cui lo sviluppo della capacità di aderenza risulta fortemente limitato dal valore massimo 1,4.

Il fattore di espansione volumetrica dell’ossido, n, gioca, di sicuro, il ruolo più importante nel processo di ossidazione. L’innesco, la fessurazione e lo spalling del copriferro, sono tutti fenomeni che dipendono, infatti, tutti e tre fortemente da n. È proprio l’espansione dell’ossido, infatti, a far aumentare la pressione interna ed ad innescare, di conseguenza, l’intero processo. Infatti, minore è il suo valore, maggiore è il consumo di barra prima che verifichi la fessurazione. Un valore minore del fattore di espansione volumetrica dell’ossido, n, implica un minore volume a parità di barra corrosa.

Il modulo elastico dell’ossido, E_o, ha un effetto del tutto trascurabile sull’aderenza, come, tra l’altro, anche sull’innesco e sulla propagazione della fessura. Tale scarsa dipendenza dal fenomeno dipende dal suo spessore. La corona di ossido, ha uno spessore di qualche decina di micron, mentre la corona di calcestruzzo ha uno spessore di qualche decina di millimetri. Pertanto, la sua capacità di compressione è limitata dal suo scarso spessore a prescindere dal valore del suo modulo elastico.