Classi di esposizione calcestruzzo

Le caratteristiche e le prestazioni del calcestruzzo possono essere influenzate dalle condizioni ambientali. Si definiscono così varie classi di esposizione ambientale che indicano il maggiore o minore livello di aggressività del luogo in cui la struttura sarà inserita.

Gli effetti di degrado ambientale sulle strutture in calcestruzzo sono vari tra cui corrosione delle armature, ruggine. Considerare le condizioni ambientali in fase di progettazione può evitare il futuro danneggiamento di elementi costruttivi o dei materiali.

Per assegnare agli elementi strutturali la corretta condizione ambientale è necessario conoscere le classi di esposizione previste dalla normativa vigente e assegnarle appropriatamente, puoi provare a farlo con questo software di calcolo strutturale che ti supporta nell’attività e ti permette di apprendere velocemente metodologia e normativa.

Analizziamo nel dettaglio le condizioni ambientali e le classi di esposizione del calcestruzzo con i valori prescritti dalle norme e alcuni esempi di strutture soggette a diverse classi di esposizione.

Classi di esposizione calcestruzzo NTC 2018: generalità e normativa calcestruzzo

La condizione ambientale è uno dei fattori da tenere in considerazione quando si effettua la scelta dei materiali da utilizzare in un progetto.

Le caratteristiche e le prestazioni del calcestruzzo possono essere influenzate dalle azioni ambientali. Pertanto, nel progetto di una struttura in CA, è necessario definire la classe di esposizione ambientale che indica il maggiore o minore livello di aggressività del luogo in cui la struttura sarà inserita.

Come affermato nelle NTC 2018:

Ai fini della protezione contro la corrosione delle armature metalliche e della protezione contro il degrado del calcestruzzo, le condizioni ambientali possono essere suddivise in ordinarie, aggressive e molto aggressive in relazione a quanto indicato nella Tab. 4.1.III con riferimento alle classi di esposizione definite nelle Linee Guida per il calcestruzzo strutturale emesse dal Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici nonché nella UNI EN 206:2016.

In merito alle classi di esposizioni, le NTC 2018 si rifanno dunque alle Linee Guida per il calcestruzzo strutturale emesse dal Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici e alla UNI EN 206:2016, norma di seguito ritirata e sostituita nel 2021 dalla UNI EN 206:2021.

Questi regolamenti legislativi, in aggiunta della UNI 11104, costituiscono le normative fondamentali di riferimento in questo ambito.

Le norme UNI 11104 e UNI EN 206-1 consentono di individuare la corretta combinazione di classi di esposizione dell’opera e di ogni sua componente, in funzione dei singoli meccanismi di degrado dell’ambiente sulle strutture.

Per garantire la durabilità del calcestruzzo vengono definite 6 classi di esposizione ambientale, con l’individuazione di prescrizioni specifiche relative a:

• il massimo rapporto acqua/cemento;
• il minimo contenuto di cemento;
• la minima classe di resistenza.

La scelta della combinazione di classi di esposizione va eseguita per tutti gli elementi strutturali, in base alla loro posizione nella costruzione.

Il calcestruzzo può essere soggetto a più di un’azione ambientale e quindi può essere necessario esprimere le condizioni dell’ambiente alle quali esso è esposto come combinazione di classi di esposizione.

Inoltre, le diverse superfici di calcestruzzo di un dato elemento strutturale possono essere soggette a diverse azioni ambientali.

Classe di esposizione calcestruzzo

Le 6 classi di esposizione calcestruzzo sono le seguenti:

• assenza di rischio di corrosione o attacco;
• corrosione indotta da carbonatazione;
• corrosione delle armature indotta da cloruri esclusi quelli provenienti dall’acqua di mare;
• corrosione delle armature indotta da cloruri presenti nell’acqua di mare;
• attacco dei cicli gelo/disgelo con o senza sali disgelanti;
• attacco chimico (da parte di acque del terreno e acque fluenti).

Di seguito si riportano per ciascuna classe di esposizione:

• degli esempi tipici;
• l’ambiente corrispondente;
• il rapporto massimo acqua cemento;
• il dosaggio minimo di cemento;
• la minima classe di resistenza secondo la UNI 11104 e la UNI EN 206-1.

Classe di esposizione X0: assenza di rischio di corrosione o attacco

La classe di esposizione X0 è applicabile in zone con assenza di rischio di corrosione o attacco e riguarda le prescrizioni da seguire per le strutture realizzate all’interno di edifici con umidità relativa molto bassa.

Tale classe è utilizzata per calcestruzzo interno ad edifici con umidità relativa molto bassa, calcestruzzo non armato all’interno di edifici, calcestruzzo non armato immerso in suolo non aggressivo o in acqua non aggressiva e per calcestruzzo non armato soggetto a cicli di bagnato asciutto ma non soggetto ad abrasione, gelo o attacco chimico.

In questo caso la classe minima di resistenza è C12/15 per la UNI 11104 e C12/15 per la UNI EN 206-1.

Classe di esposizione XC1 XC2 XC3 XC4: corrosione indotta da carbonatazione

La classe di esposizione XC è utilizzata in ambienti dove vi è la corrosione indotta da carbonatazione e riguarda le prescrizioni da seguire per evitare che gli elementi in acciaio siano corrosi per effetto dell’esposizione all’aria umida.

Le sotto-classi di esposizione XC1, XC2, XC3 ed XC4  sono relative alla corrosione delle armature metalliche promossa dalla carbonatazione per effetto dell’esposizione all’aria umida (O₂, H₂O, CO₂).

Fe (acciaio) —–> O₂, H₂O, CO₂(aria umida) —–> Fe₂O₃ (ruggine)

Le condizioni più aggressive (classe di esposizione XC4) si verificano nelle strutture esposte ciclicamente all’asciutto (ingresso nel calcestruzzo di aria secca contenente O₂ e CO₂) ed alla pioggia (ingresso di H2O) che sono in grado di neutralizzare la calce del conglomerato (CO₂) e per alimentare l’ossidazione del ferro (O₂, H₂O). In tal caso occorre adottare un rapporto a/c non superiore a 0,50.
Le condizioni intermedie di aggressione per la corrosione dei ferri si verificano nei seguenti ambienti:

• permanentemente bagnati (classe di esposizione XC2) per la difficoltà dell’aria (O₂ e CO₂) a permeare i pori del calcestruzzo sempre saturi di acqua;
• moderatamente umidi (classe di esposizione XC3) per la carenza di H₂O nell’ambiente.

I rapporti a/c richiesti in queste condizioni (0,60 e 0,55 rispettivamente) sono intermedi tra quelli richiesti per le condizioni più aggressive (0,50) e per quelle meno severe (0,65).

Le condizioni meno aggressive (classe di esposizione XC1) si verificano per strutture esposte all’aria in ambienti asciutti (interni di edifici): la pressoché totale assenza di H₂O nell’ambiente rallenta fortemente il processo di corrosione, e pertanto, il rapporto a/c richiesto nel calcestruzzo per proteggere i ferri di armatura può essere relativamente elevato (0,65).

Nella seguente figura proponiamo un esempio del variare della classe di esposizione del calcestruzzo, in base alla posizione degli elementi strutturali nella costruzione.

Classi di esposizione del calcestruzzo

Classe di esposizione XD1 XD2 XD3: corrosione delle armature indotta da cloruri esclusi quelli provenienti dall’acqua di mare

La classe di esposizione XD è utilizzata in ambienti dove la corrosione delle armature è indotta da cloruri di origine non marina.

Le tre sottoclassi (XD1, XD2, XD3) si distinguono in base al tipo e frequenza di esposizione all’umidità che è veicolo di trasporto di cloruri presenti nei sali disgelanti.
Solitamente è utilizzato per strutture in calcestruzzo armato ordinario o precompresso in superfici o parti di ponti e viadotti esposti ad acqua contenenti cloruri in ambienti con:

• umidità moderata (XD1);
• bagnato raramente asciutto (XD2);
• ciclicamente asciutto e bagnato (XD3).

Classe di esposizione XS1 XS2 XS3: corrosione delle armature indotta da cloruri presenti nell’acqua di mare

La classe di esposizione XS è utilizzata per ambienti dove la corrosione è indotta da cloruri presenti nell’acqua marina.

Tale classe fa riferimento a strutture in calcestruzzo armato ordinario o precompresso con elementi strutturali esposti ad acqua marina.

Le tre sottoclassi sono distinte in base al tipo e frequenza di esposizione:

• esposto alla salsedine marina ma non direttamente in contatto con l’acqua di mare (classe di esposizione XS1);
• permanentemente sommerso (classe di esposizione XS2);
• zone esposte agli spruzzi o alla marea (classe di esposizione XS3).

Classe di esposizione XF1 XF2 XF3 XF4: attacco dei cicli gelo/disgelo con o senza sali disgelanti

La classe di esposizione XF è utilizzata per ambienti dove la corrosione indotta da attacco dei cicli di gelo/disgelo con o senza sali disgelanti.

Le 4 sottoclassi sono distinte in base al tipo e frequenza di esposizione:

• moderata saturazione d’acqua, in assenza di agente disgelante (classe di esposizione XF1);
• moderata saturazione d’acqua in presenza di agente disgelante (classe di esposizione XF2);
• elevata saturazione d’acqua in assenza di agente disgelante (classe di esposizione XF3);
• elevata saturazione d’acqua in presenza di agente antigelo oppure acqua di mare (classe di esposizione XF4).

Classe di esposizione XA1 XA2 XA3: attacco chimico da parte di acque del terreno e acque fluenti

La classe di esposizione XA è utilizzata per ambienti dove vi è attacco chimico derivante dal terreno come ad esempio terre acide o con solfati diffusi all’interno di aree ex industriali.

Le 3 sottoclassi variano a seconda dell’attacco chimico a cui l’ambiente è esposto:

• ambiente chimicamente debolmente aggressivo secondo il prospetto 2 della UNI EN 206-1 (classe di esposizione XA1);
• ambiente chimicamente moderatamente aggressivo secondo il prospetto 2 della UNI EN 206-1 (classe di esposizione XA2);
• ambiente chimicamente fortemente aggressivo secondo il prospetto 2 della UNI EN 206-1 (classe di esposizione XA3).

Classi di esposizione e durabilità calcestruzzo

Se il calcestruzzo è conforme ai valori limite, si deve presumere che il calcestruzzo nella struttura soddisfi i requisiti di durabilità per l’uso previsto nelle specifiche condizioni ambientali a condizione che:

•  il calcestruzzo sia correttamente gettato, compattato e stagionato per esempio in accordo con la ENV 13670-1 oppure con altre norme pertinenti;
• il calcestruzzo rispetti il copriferro minimo richiesto per le specifiche condizioni ambientali, in accordo con la norma di progetto pertinente, per esempio la ENV 1992-1;
• sia scelta la classe di esposizione appropriata;
• sia attuata la manutenzione preventivata.

Ad ogni condizione si associano prescrizioni specifiche, introducendo quindi la classe di esposizione. Per conoscere l’equivalenza fra condizioni ambientali e classe di esposizione, è opportuno far riferimento alla tabella 4.1.III delle NTC 2018 che descrive le condizioni ambientali:

In definitiva per contrastare l’attacco degli agenti ambientali e garantire la durabilità della struttura si può intervenire nel seguente modo:

• scegliere una migliore qualità del calcestruzzo;
• aumentare il contenuto del cemento;
• diminuire il rapporto acqua/cemento;
• aumentare lo spessore del copriferro;
• utilizzare in fase di progettazione il software di calcolo strutturale che ti permette, in modo facile e veloce, di assegnare la condizione ambientale a ciascun elemento strutturale.

Utilizzando il software di calcolo strutturale EdiLus, per assegnare ai vari elementi strutturali la condizione ambientale, secondo quanto sancito dalle NTC 2018, occorre operare nel seguente modo:

• selezionare uno o più elementi strutturali;
• aprire il campo “altre caratteristiche” nella toolbox delle proprietà;
• selezionare il campo “Condizioni Ambientali” ed effettuare la relativa scelta.

Assegnazione condizioni ambientali e classe di esposizione – EdiLus

Esempi di strutture in calcestruzzo soggette a particolari condizioni ambientali

Di seguito si riportano una serie di esempi di strutture in calcestruzzo soggette a particolari condizioni ambientali, esplicitando la classe di esposizione di riferimento.

Classe di esposizione XC4

Nella figura che segue vediamo un esempio di struttura in calcestruzzo non riparata dalla pioggia.

È il caso di un ambiente ciclicamente asciutto e bagnato. la classe di esposizione sarà dunque XC4 e si impiegherà un calcestruzzo del tipo C32/40 per la UNI 11104 e C30/37 per la UNI EN 206-1.

Struttura in cls – classe di esposizione XC4

Classe di esposizione calcestruzzo XS1

Nella figura che segue vediamo un esempio di struttura in calcestruzzo posta sulla costa o in prossimità di essa.

Si tratta dunque di un ambiente esposto alla salsedine marina ma non direttamente a contatto con l’acqua di mare; in questo caso la classe di esposizione sarà XS1 e si impiegherà un calcestruzzo del tipo C32/40 per la UNI 11104 e C30/37 per la UNI EN 206-1.

Struttura in cls – classe di esposizione XS1

Classe di esposizione calcestruzzo XS3

Nella figura che segue vediamo un esempio di un pontile in calcestruzzo esposto a spruzzi di mare, ma non completamente sommersa.

La classe di esposizione sarà dunque XS3: zone esposte agli spruzzi oppure alla marea.

In questo caso si impiegherà un calcestruzzo del tipo C35/45 per la UNI 11104 e C35/45 per la UNI EN 206-1.

Struttura in cls – classe di esposizione XS3

Classe di esposizione calcestruzzo XF3

Nella figura che segue vediamo un esempio di un ponte in calcestruzzo sull’acqua.

La classe di esposizione sarà XF3: elevata saturazione d’acqua in assenza di agente disgelante.

In questo caso si impiegherà un calcestruzzo del tipo C25/30 per la UNI 11104 e C30/37 per la UNI EN 206-1.

Struttura in cls – classe di esposizione XF3

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