Sono ormai più di vent’anni che l’acciaio inossidabile viene utilizzato per la produzione di barre di rinforzo del calcestruzzo. Notevoli sono, infatti, i vantaggi dell’impiego di tale materiale per la realizzazione di tondo nervato in sostituzione delle tradizionali barre in acciaio al carbonio, soprattutto dal punto di vista della resistenza alla corrosione e della durabilità della struttura in c.a.

Dopo una breve illustrazione dei problemi relativi alla durabilità delle strutture in c.a., vengono illustrate le peculiari caratteristiche meccaniche e metallurgiche degli acciai inossidabili per questa tipologia di utilizzo.

L’acciaio al carbonio delle barre di rinforzo è normalmente protetto dalla corrosione poiché il calcestruzzo è un ambiente ad elevata basicità (di solito il livello di pH – parametro che rappresenta il grado di acidità/basicità di una soluzione acquosa - è compreso tra 12 e 13) ed è quindi praticamente inerte nei confronti delle leghe a base ferro: in tale ambiente il ferro di cui è composto l’acciaio delle barre di rinforzo del calcestruzzo è in condizioni di passività [1].

Tuttavia, per effetto delle condizioni d’esercizio, non sempre è possibile garantire l’integrità fisica e strutturale del calcestruzzo. In presenza di fenomeni di carbonatazione, (aggressione chimica dell’anidride carbonica dell’atmosfera verso il calcestruzzo (in particolare la calce del conglomerato), si assiste alla diminuzione del livello di pH (che passa a 10-11) come indicato dalla seguente reazione:

Ca(OH)2 + CO2   →     CaCO3 + H2O

La diminuzione di alcalinità del calcestruzzo permette l’innesco e la propagazione di estesi fenomeni corrosivi sulle barre di rinforzo in acciaio al carbonio, con formazione di ossidi e/o idrossidi di ferro (la tipica “ruggine).

Se a questo, poi, si aggiunge il fatto che, in alcune applicazioni, il calcestruzzo subisce anche contaminazioni più o meno rilevanti da parte di soluzioni saline (tipicamente nelle strutture in cemento armato di ponti e viadotti dove grosse quantità di sale vengonosparse con funzione antigelo), il problema lamentato può diventare assai rilevante nei confronti della resistenza della struttura.

Alcuni esempi in tal senso sono mostrati in figura 1 [2], ove è evidente come i fenomeni corrosivi siano spesso associati alla formazione di ruggine che, avendo un volume specifico fino a 6 volte maggiore rispetto al ferro delle barre, provoca la fessurazione e, in taluni casi, il distacco del copriferro di calcestruzzo.

In questi casi, la sostituzione dell’acciaio al carbonio con l’acciaio inossidabile permette di risolvere la maggior parte dei problemi connessi col danneggiamento degli elementi di rinforzo e di ridurre drasticamente i problemi e le spese di manutenzione e monitoraggio delle strutture poste in opera [3].

Oltre alla “durabilità” tipica di questo materiale, l’utilizzo dell’acciaio inossidabile offre potenziali vantaggi anche in tutte quelle applicazioni dove possono essere messe in gioco le sue caratteristiche di elevata duttilità e marcata resistenza. Tipicamente questo è il caso delle applicazioni antisismiche, come ben evidenziato in [4]: “In Italy and other seismic areas, austenitic steels are often used in reinforced concrete structures, as their strength and ductility intensify the material’s specific deformation energy”; applicazioni analoghe si segnalano negli Stati Uniti, in Giappone e nelle regioni industrializzate del Sud-Est Asiatico.

Anche gli Eurocodici indicano questo possibile impiego, evidenziando le particolari caratteristiche di duttilità dell’acciaio inossidabile [5].

L’uso dell’acciaio inossidabile è prescritto in molte normative internazionali [6-7]; a questo proposito si sottolinea che è proprio il British Standard Institute (BSI, l’ente normatore inglese) ad aver messo a punto una norma specifica che, al momento, sembra essere la più completa in relazione al settore in esame [8].

Di un certo interesse sono anche gli studi relativi alla resistenza al fuoco degli acciai inossidabili rispetto ai tradizionali acciai al carbonio. Studi recenti mostrano che, fino a temperature dell’ordine dei 900°C, gli acciai inossidabili mantengono ancora il 50% della loro resistenza statica a trazione quando, per contro, gli acciai al carbonio vedono ridotta la loro resistenza a valori del 10% (rispetto ai valori di resistenza posseduti a temperatura ambiente).

Tuttavia non sono solo gli aspetti puramente tecnici a far pendere la bilancia verso l’acciaio inossidabile che, per contro, presenta costi iniziali 5 o 6 volte superiori rispetto al tradizionale acciaio al carbonio. Se si considerano, infatti, tutte le voci di costo connesse con un’opera civile - dai costi iniziali a quelli di esecuzione, gestione, manutenzione ed esercizio – ovvero i cosiddetti costi di tutto il ciclo di vita della struttura (LCC – Life Cycle Cost), la sostituzione tra le due tipologie di materiali può risultare, in molti casi, vantaggiosa specialmente nelle grandi opere pubbliche ove i costi di esecuzione sono spesso assai consistenti [9]. La drastica riduzione dei costi di riparazione e di manutenzione collegati con l’introduzione dell’inox, permette, infatti, un notevole risparmio se si considera un orizzonte temporale di valutazione dell’investimento che vada al di là dei puri e semplici costi iniziali.

Un esempio in tal senso è mostrato in figura 2, che si riferisce alla realizzazione di una serie di viadotti autostradali da parte della FHWA - Federal Highway Administration [10].

Come si può osservare, il “limitato”maggior costo dell’acciaio inossidabile utilizzato (valutato tra l’1% e il 15% in relazione alla complessità della costruzione) è ampiamente “ripagato” dalla riduzione dei costi di manutenzione della struttura; se tale valutazione è poi fatta tenendo anche in considerazione i costi di smaltimento, i vantaggi legati all’uso dell’acciaio inossidabile diventano ancora più evidenti.

Oltre alle caratteristiche positive appena citate, molti altri sono i vantaggi degli acciai inossidabili rispetto ai tradizionali acciai al carbonio. Senza anticipare quanto verrà più ampiamente descritto nel seguito di questa memoria, gli acciai inossidabili correntemente utilizzati come barre di rinforzo del calcestruzzo hanno anche buona resistenza meccanica (sia a bassa che ad alta temperatura), ottima duttilità e saldabilità e non necessitano di particolari cautele di manipolazione come avviene ad esempio per le barre di acciaio rivestito.

INDICE

Tabella 1: Composizione chimica nominale dei principali acciai inossidabili utilizzati come barre di rinforzo per il calcestruzzo.

INDICE

Bib-TS-099 - Monografia di Prof. Marco Boniardi Dipartimento di Meccanica, Politecnico di Milano: Convegno “L’acciaio inox nelle strutture in cemento armato” - Palermo, 8 novembre 2002