La sostenibilità non richiede l'uso di calcestruzzo a basse prestazioni

Che cos'è il Calcestruzzo ad Altissime Prestazioni (UHPC)?

Con l'acronimo UHPC si definisce una nuova classe di calcestruzzo che è stata sviluppata negli ultimi decenni e presenta eccezionali proprietà di resistenza e durabilità e in molti paesi è già ampiamente applicato.

Si ha notizia che l'UHPC sia stato utilizzato per la prima volta dal Corpo degli ingegneri dell'esercito degli Stati Uniti alla fine degli anni '80 e grazie alle ricerche della Federal Highway Administration (FHWA) nell'ambito delle infrastrutture autostradali già negli anni duemila era ampiamente utilizzato.

Le indagini FHWA fecero infatti da stimolo per molte università con l'obiettivo di rendere l'UHPC un materiale affidabile, comunemente disponibile, economicamente fattibile e portarono a progetti dimostrativi e il risultato è stato un corposo numero di pubblicazioni scientifiche sugli UHPC e un lungo elenco di "applicazioni bridge" tra cui:

• Travi precompresse
• Pannelli prefabbricati in cialda per impalcati di ponti
• Getti di chiusura realizzati in campo per elementi di ponte prefabbricati (Joint-Fills)
• Pali prefabbricati in calcestruzzo
• Riqualificazione sismica di ponti
• Sovrapposizioni incollate sottili di impalcati di ponti
• Applicazioni di sicurezza e mitigazione delle esplosioni

Nel 1997 il primo ponte

L'UHPC è stato utilizzato per la prima volta nella costruzione di ponti in Nord America per un ponte pedonale in Canada nel 1997.

Oggi sono molti i Paesi in cui questa tecnologia viene utilizzata, anche in Europa, dove le capofile per l'impiego di questo materiale solo Germania, Austria e Svizzera.

Come sono fatti i Calcestruzzi ad Altissime Prestazioni

I materiali utilizzati in genere per realizzare gli UHPC sono:

• Cemento Portland
• Fumi di silice
• Filler
• Fibre
• Riduttore d'acqua di fascia alta
• Acqua

Che sono i componenti anche di molti calcestruzzi tradizionali.

La produzione di Calcestruzzi ad Altissime Prestazioni è quindi realizzabile anche negli impianti oggi operanti nel settore.

Il materiale che forse più caratterizza il passaggio dai calcestruzzi tradizionali agli UHPC è la cosiddetta Silaca Fume: i Fumi di Silice (SF) aumentano la densità del calcestruzzo, grazie alla loro finezza ed estrema reattività, rendendolo più resistente e impermeabile. Le Silica Fume richiederebbero però un notevole aumento dell’acqua di confezionamento, un problema superabile grazie alla chimica: “L’utilizzazione congiunta di fumo di silice e superfluidificante ad alto- dosaggio (2-4% sul cemento) consente di ottenere prestazioni ancora superiori se si sostituisce il comune aggregato calcareo con rocce di migliori prestazioni meccaniche e soprattutto con caratteristiche superficiali tali da migliorare il legame all’interfaccia aggregato-matrice cementizia” (Collepardi, 2003).

Le qualità del Calcestruzzo ad Altissime Prestazioni

Il materiale, causa la sua migliorata composizione, presenta una microstruttura  priva di imperfezioni e impurità, in grado di consentire una durabilità mai riscontrata prima sui materiali cementizi ordinari, in grado di ridurre drasticamente i costi di manutenzione delle strutture e mitigando gli impatti ambientali propri del normale ciclo vitale di un manufatto in calcestruzzo ordinario (dalla produzione del calcestruzzo, alla manutenzione, alla dismissione).

L'UHPC è un materiale che ha una durata prevista di 100 anni con eccezionale resistenza, durata, flessibilità e longevità.

UHPC ha una resistenza alla compressione 10 volte quella del calcestruzzo tradizionale. Il calcestruzzo normale utilizzato nei ponti ha una resistenza alla compressione in genere intorno ai 35 MPa, mentre l'UHPC ha una resistenza alla compressione che fa dai 125 ai 250 MPa (ma anche con punte a 600 MPa).

E mentre il calcestruzzo tradizionale ha una resistenza alla trazione di 1/2 MPa, l'UHPC ha una resistenza alla trazione superiore ai 10 MPa.

Sebbene la resistenza  di un UHPC sia impressionante rispetto a un tradizionale, è la sua durabilità a superare ulteriormente le aspettative. La durabilità è misurata verificando come il materiale si comporta in condizioni estreme. La resistenza al gelo/disgelo, la resistenza al cloruro (come nei sali stradali) e la resistenza all'abrasione fanno tutte parte delle valutazioni della capacità di un calcestruzzo di resistere nel tempo.

L'UHPC ha proprietà simili alla roccia dura

La resistenza al gelo/disgelo viene testata sottoponendo i prismi di cemento al congelamento e al disgelo mentre sono immersi in un bagno d'acqua e verificando quindi le prestazioni residue. Gli UHPC hanno ampiamente dimostrato di mantenere il 100% delle proprietà iniziali anche dopo 600 cicli di congelamento/scongelamento (prova secondo ASTM C 666).

La permeabilità al cloruro viene misurata ponendo una soluzione di cloruro di sodio al 3% sulla superficie del calcestruzzo per 90 giorni (prova secondo AASHTO T259). Dopo 90 giorni viene determinato il livello di migrazione degli ioni cloruro nel calcestruzzo. Gli UHPC hanno riportato una migrazione di cloruro estremamente bassa durante il test, inferiore a un decimo della permeabilità del calcestruzzo normale.

La resistenza all'abrasione è determinata misurando la quantità di calcestruzzo abrasa da una superficie da una fresa rotante in un dato periodo di tempo. Gli UHPC hanno dimostrato un'eccellente resistenza all'abrasione, quasi due volte più resistente del normale calcestruzzo.

I vantaggi dei Calcestruzzi ad Altissime Prestazioni

Ci sono tanti articoli che dimostrano i vantaggi degli UHPC.

Ho letto di recente questi due articoli ‘Advances in Civil Engineering Materials’ and ‘Comparison of Conventional and Advanced Concrete Technologies in terms of Construction Efficiency’  che evidenziano entrambi che le proprietà superiori dell'UHPC rivelano "benefici distinguibili" come:

• Aumento della velocità di costruzione
• Riduzione delle dimensioni degli elementi e della complessità costruttiva
• Miglioramento della durabilità
• Riduzione delle esigenze, e quindi dei costi, di manutenzione
• Riduzione dei tempi di "fuori servizio" delle opere

Il bilancio di queste prestazioni e caratteristiche rende LCA di un'opera realizzata con calcestruzzi ad altre prestazioni migliore rispetto alle soluzioni tradizionale, e quindi con un'impronta di carbonio minore. 

Eppure in Italia è ancora poco utilizzata.

Perchè in Italia non sono utilizzati gli UHPC

Sul mercato italiano gli UHPC sono ancora scarsamente presenti sopratutto a causa dell'attuale prescrizione normativa, che penalizza l'uso di calcestruzzi con resistenza a compressione superiore ai 55 MPa.

Le norme tecniche considerano calcestruzzi ordinari quelli fino alla classe C90/105, ma per quelli con resistenza superiore a C45/55 tutte le prestazioni devono essere verificate in fase di prequalifica e devono essere definite delle procedure speciali di controllo, e per i C70/85 ci sono delle prescrizioni ulteriori sui controlli.

In questo caso si fa riferimento infatti alla lettera C del capitolo 11.1 che prevede:

C) materiali e prodotti per uso strutturale non ricadenti in una delle tipologie A) o B. In tali casi il fabbricante dovrà pervenire alla Marcatura CE sulla base della pertinente “Valutazione Tecnica Europea” (ETA), oppure dovrà ottenere un “Certificato di Valutazione Tecnica” rilasciato dal Presidente del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, previa istruttoria del Servizio Tecnico Centrale, anche sulla base di Linee Guida approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, ove disponibili; con decreto del Presidente del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, su conforme parere della competente Sezione, sono approvate Linee Guida relative alle specifiche procedure per il rilascio del “Certificato di Valutazione Tecnica”.

Le citate Linee guida per questi calcestruzzi ad alte prestazioni esistono: sono state infatti emanate le “Linee guida sui calcestruzzi ad alta resistenza” (dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici), che presentano le seguenti definizioni:

• calcestruzzo ad alte prestazioni (AP): “conglomerato cementizio caratterizzato in generale da rapporto a/c minore di 0.45, avente resistenza caratteristica cubica superiore a 55 N/mm , ed inferiore o 2 uguale a 75 N/mm ”;
• calcestruzzo ad alta resistenza (AR): “conglomerato cementizio caratterizzato in generale da rapporto a/c minore di 0.35, avente resistenza caratteristica cubica superiore a 75 N/mm ed inferiore o 2 uguale a 115 N/mm ”.

Il documento non risulta citato direttamente dalle NTC 2018 e al momento è introvabile sul DB SICURNET.2 del CONSUP. Alleghiamo una copia, che dovrebbe essere quella del febbraio 2003.

In questo contesto normativo in cui se si va sopra una certa resistenza aumentano i controlli da eseguire, se si va sopra i 75 MPa addirittura occorre una certificazione rispetto a una norma di difficile reperimento .... è chiaro comprendere come gli utilissimi UHPC risultano una sorta di chimera.

E in mancanza di una norma che consenta, anzi promuova, calcestruzzi che per prestazioni e comportamento nel tempo porterebbo a un milgiore comportamento da un punto di vista della CO2 dell'opera, appare chiaro che per molti la sostenibilità richieda l'uso di calcestruzzo a basse prestazioni.

E' una delle tante prove che occorre ripensare al modo di scrivere le norme.

Su Ingenio ne abbiamo parlato ancora

• Applicazione dei Calcestruzzi ad Altissime Prestazioni – UHPC nell’Arte Pubblica e nell’Arredo Urbano

• Prova di carico per la valutazione del consolidamento di un solaio tipo SAP mediante UHPFRC

• Vent'anni di esperienza nell'applicazione degli Ultra-high Performance Fibre-Reinforced Concrete (UHPFRC)

• Dynamic Behaviour of UHPFRC Used in Protective Structures

• Microcalcestruzzi HPFRC: aspetti esecutivi e controlli in opera

• Comportamento ciclico di pilastri in c.a. rinforzati con camicie in HPFRC

Nota

Gli acronimi dei calcestruzzi speciali

• DSC Densified Small particle Concrete
• ECC Engineered Cementitious Composites
• FRC Fibre Reinforced Concrete
• HPC High-Performance Concrete
• HPFRC High-Performance Fibre Reinforced Concrete HPRC High-Performance Reinforced Concrete
• HSC High-Strength Concrete
• NSC Normal Strength Concrete
• RC Reinforced Concrete
• RPC Reactive Powder Concrete
• UHPC Ultra-High Performance Concrete
• UHPFRC Ultra-High Performance Fibre-Reinforced Concrete