NORMATIVE

L’interesse all’incremento della durabilità delle strutture in calcestruzzo armato è aumentato considerevolmente a partire dai primi anni 90 sia in Italia che nel resto dell’Europa.

Nel dicembre 1996 sono state emanate dal Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici le direttive relative alle strutture in calcestruzzo contenenti riferimenti dettagliati nei quali i progettisti potevano trovare le linee guida per la corretta manifattura del calcestruzzo.

Più recentemente (2001) la Comunità Europea ha emanato la direttiva UNI EN 206-1 [1] e questa è stata accompagnata dalla relativa norma Italiana UNI 11104 [2] che detta le istruzioni operative per la sua applicazione in Italia.

Poiché il maggior limite alla durabilità delle costruzioni in calcestruzzo armato è al momento la corrosione dell’acciaio delle armature stesse, queste norme definiscono diverse classi di ambienti di esposizione e raccomandano la qualità del calcestruzzo così come lo spessore del copriferro per limitare il fenomeno della corrosione. Queste misure, comunque, sono pensate per incrementare la durabilità delle strutture solo in termini di incremento della resistenza meccanica del calcestruzzo e del dosaggio minimo del cemento oltre che di diminuzione del rapporto acqua-cemento del calcestruzzo senza riferimento alla possibilità, piuttosto importante, di usare armature che hanno maggiore resistenza alla corrosione rispetto all’acciaio nero.

Nel settembre 2005 il Ministero dei Trasporti e delle Infrastrutture Italiano ha pubblicato le Norme Tecniche per le Costruzioni [3], dove per la prima volta un documento ufficiale cita esplicitamente l’acciaio zincato come materiale per le armature metalliche delle strutture in c.a e c.a.p. Più precisamente al paragrafo 4.1.2.2.4.4 di queste Norme si afferma che “Per gli acciai zincati e per quelli inossidabili si può tener conto della loro minore sensibilità alla corrosione”.

L’utilizzo dei materiali per l’armatura cade quindi in una delle due categorie; la scelta dipende dalle condizioni ambientali in cui dovrà operare la struttura che sono definite come ordinarie, aggressive e molto aggressive. Ulteriori parametri di scelta sono la frequenza delle condizioni ambientali pericolose e la previsione dello stato limite fessurativo del calcestruzzo.

I contenuti del citato paragrafo, comunque, non sono completamente esaustivi poiché per esempio essi non danno indicazioni relativamente ai limiti o alle condizioni che dovrebbero determinare la scelta delle armature di acciaio zincato o di quelle di acciaio inossidabile.

E’ importante comunque sottolineare che i redattori del nuovo decreto hanno finalmente adottato l’approccio olistico relativamente alla durabilità delle strutture e cioè che esiste una relazione tra essa e il tipo di armatura inglobata nel calcestruzzo. In particolare, quando l’ammaloramento previsto è da imputare alla corrosione delle armature metalliche non è sufficiente assegnare il compito di protezione solo alla qualità del calcestruzzo, ma anche alla maggiore resistenza alla corrosione delle armature stesse. Il decreto è attualmente soggetto a revisione, ma se tali concetti rimarranno vivi nella versione finale è prevedibile nel prossimo futuro un incremento dell’uso di armature di acciaio inossidabile e di acciaio zincato.

Attualmente in Italia i progettisti e/o costruttori che usano armature zincate nelle costruzioni in calcestruzzo non hanno vincoli di normativa; normalmente le normative a cui fanno riferimento sono relative al prodotto: la norma italiana è la UNI 10622-97 [4] che comunque non differisce molto da quella americana ASTM 767/A-90 [5] e da quella francese AFNOR NF A35-025,92 [6]. Le differenze principali tra queste norme riguardano lo spessore del rivestimento di zinco e i test da impiegare per caratterizzare la qualità del prodotto finale.

Fig. 1 - Layout dell’impianto di zincatura della Società Galvarebar.

C’è stata nel recente passato (2004-2005) la proposta di una normativa europea relativa alle armature zincate che poneva particolare attenzione al raggiungimento di chiarezza e di unificazione tra le norme vigenti in vari paesi. Il lavoro è stato portato avanti dal Comitato Tecnico ECISS/TC e il documento stilato “DRAFT prEN 10348” è stato sottoposto per “enquiring” ai membri del CEN (Comitè Europèen de Normalisation) che nella seconda metà del 2006 lo hanno fermato perché necessitava di profonda revisione. Le novità sostanziali della bozza erano quelle di prevedere sette classi di rivestimento di zinco a seconda della sua grammatura (da 150 a 1600 g/m²) e di considerare come facoltativo qualsiasi altro trattamento superficiale del rivestimento dopo la zincatura citando espressamente la passivazione.

Questo ultimo argomento è molto importante dal punto di vista normativo poiché il trattamento di passivazione delle barre zincate è prescritto da diverse normative vigenti, come la ASTM 767/A-90 [5] che indica per questo trattamento l’immersione delle barre dopo zincatura in soluzioni acide a base di ioni cromato. Sebbene questa sia una procedura relativamente semplice ed economica, essa è in diretto contrasto con la normativa Europea (94/60/CE, 20-12-1994) [7] che in generale vieta l’uso di soluzioni contenenti cromo esavalente. Inoltre un’altra incompatibilità, anche se indiretta, sorge se si considera che la direttiva Europea 2003/55/CE, 18-06-2003 [8] impone, per motivi di sicurezza della salute umana, la riduzione della quantità di cromo esavalente naturalmente presente nei cementi. Come esempio dell’importanza di questo punto si può citare il caso di una società di zincatura italiana che ha perso una commessa di circa 1000 ton di armature zincate da parte di un acquirente libico che richiedeva la passivazione delle barre secondo la normativa ASTM per aver rifiutato tale trattamento. Questa ambiguità deve essere dibattuta per chiarire a cosa serve la passivazione dopo la zincatura ossia se essa serve a inibire la formazione della cosiddetta ruggine bianca (ossidi di zinco) all’interno dei fasci di barre durante il loro stoccaggio in cantiere o per incrementare la resistenza alla corrosione del rivestimento di zinco all’interno del calcestruzzo o invece per inibire lo sviluppo di idrogeno sulla superficie delle barre durante la fase di presa del calcestruzzo.

A questo riguardo, deve essere data una chiara e corretta informazione ai progettisti e agli utilizzatori finali che non devono essere lasciati nel dubbio di quale sia la giusta soluzione. In altre parole deve essere detto se la passivazione delle armature zincate per l’uso pratico che se ne fa e per la durabilità delle strutture di calcestruzzo è utile, indispensabile o non necessaria.


RICERCA
Dagli inizi degli anni 90 l’Università di Ancona è stata particolarmente attiva nel settore di ricerca diretta alla produzione e all’uso delle armature zincate per il calcestruzzo. Tali ricerche sono state portate avanti all’interno di progetti europei quali il COST 509 [9] e 521 [10] e CRAFT BE S2 5139 [11].

Le ricerche relative ai primi due progetti, sempre condotte utilizzando campioni di calcestruzzo e non ambienti simulanti tale materiale, hanno riguardato soprattutto i problemi relativi all’interazione tra calcestruzzo e barre zincate. Ciò allo scopo di indagare circa l’influenza dell’alcalinità del cemento sulla passivazione del rivestimento di zinco, sull’aderenza tra acciaio zincato e calcestruzzo, sull’uso di soluzioni passivanti alternative al cromo esavalente e sull’influenza del processori zincatura a caldo sulla resistenza meccanica delle barre di armatura.

Il progetto CRAFT [11] è stato possibile grazie all’interesse di due società produttrici di barre di acciaio per armatura e di una società di zincatura a caldo, tutte italiane, a produrre barre zincate lunghe 12 m utilizzando un impianto industriale semi-continuo. L’impianto è stato realizzato e installato presso l’azienda di zincatura a caldo vicino ad Ancona nel 1997. In aggiunta alle imprese italiane hanno partecipato al progetto anche industrie spagnole e altri gruppi di ricerca sia italiani che spagnoli. Lo scopo del progetto era quello di zincare velocemente barre di acciaio ad aderenza migliorata lunghe 12 m ottenendo un rivestimento di spessore omogeneo, studiare le caratteristiche microstrutturali e di resistenza alla corrosione del rivestimento in ambiente alcalino anche dopo la passivazione dello zinco con prodotti esenti da cromo esavalente. I produttori delle barre con la scelta oculata della composizione chimica dell’acciaio permettevano di mantenere costante la reattività tra il ferro e lo zinco fuso durante la fase di zincatura. Nella Fig. 1 è mostrato lo schema del processo; esso ha la prerogativa di un normale impianto di zincatura a caldo quindi munito di vasche per lo sgrassaggio, decapaggio, lavaggio e flussaggio. La principale innovazione riguardava il congegno meccanico che, posizionato sopra la vasca di zinco fuso, vi introduceva automaticamente due barre alla volta e le estraeva dopo un tempo predeterminato a seconda del diametro delle barre stesse. Immediatamente dopo la loro estrazione le barre zincate venivano movimentate con dei rulli magnetici, soffiate con lama d’aria per rimuovere l’eccesso di zinco, raffreddate in acqua calda e assemblate in fasci pronte per lo stoccaggio. L’automazione del processo era controllata da un software e la capacità di produzione era di 10-18 ton/ora in funzione del diametro delle barre.

L’impianto ha lavorato per un totale di circa un mese in un anno prima di essere posto a riposo dopo avere prodotto uno stock di barre conservate in magazzino per la vendita. Purtroppo solo circa il 50 % è stato venduto, soprattutto all’estero.

MERCATO
Attualmente in Italia la zincatura del materiale da usare come armatura nelle opere in calcestruzzo è effettuata in diversi impianti di zincatura a caldo che normalmente zincano acciaio per uso generale. L’utilizzo delle armature zincate è relativo soprattutto al settore privato e dipende dalla scelta di alcuni progettisti che le usano per costruzioni residenziali, ma non di edilizia popolare, principalmente situate in zone costiere. Normalmente le barre di acciaio sono consegnate per la zincatura come barre diritte lunghe 12 m, vengono quindi successivamente tagliate e sagomate nei cantieri per la formazione delle gabbie, tuttavia molte volte sono consegnate per la zincatura già presagomate. E’ invece raro che vengano consegnate per la zincatura gabbie già formate e questo ovviamente per motivi di sovra-costo dovuti al trasporto.

Al momento, la zincatura delle barre di armatura così come le reti elettrosaldate da usare allo stesso scopo è sporadica e la produzione annua non è soggetta a un censimento o a una stima.

Allo scopo di conoscere questi numeri e di identificare chi e a quale scopo utilizza armature zincate è partita recentemente dal Dipartimento FIMET dell’Università Politecnica delle Marche un’iniziativa per acquisire le informazioni utili tramite un questionario appositamente formulato. Sono state contattate tutte le aziende che posseggono gli impianti di zincatura in Italia e che potenzialmente possono zincare le barre e le reti di armatura per avere informazioni relativamente ad un periodo di tre anni: 2003-2005. I risultati devono essere considerati parziali perché al momento solo il 50% degli interpellati ha risposto, comunque ciò che è stato acquisito è riassunto di seguito:

- circa il 50% non ha zincato né barre né reti da usare come armatura per il calcestruzzo;

- sono state zincate preferenzialmente barre presagomate e staffe piuttosto che barre diritte;

- le barre zincate più frequentemente sono quelle di diametro compreso tra 8 e 16 mm;

- le richieste di zincatura sono sporadiche e non regolari nel tempo;

- le imprese che usano armature zincate sono medio/piccole;

- la maggior parte di queste imprese sono private;

- la quantità di acciaio che ciascuna volta viene zincata varia tra 1 e 15 tonnellate;

- gli ambienti dove le armature zincate vengono usate più frequentemente sono quello marino, ma anche urbano;

- l’opinione degli zincatori circa il modesto uso delle armature zincate, per il settore privato, è la scarsa conoscenza del prodotto e dei suoi benefici in termini di durabilità, mentre per il settore pubblico prevale il costo rispetto alla scarsa conoscenza;

- la quantità di reti di acciaio zincate usate come armatura è simile a quella delle barre (Tab. 1 e Fig. 2);

- negli ultimi tre anni l’uso sia delle barre che delle reti zincate ha avuto un incremento relativamente consistente.

Considerando che gli zincatori che hanno risposto rappresentano il 50% di quelli che potenzialmente potrebbero zincare barre e reti per armatura, i dati della Tab. 1 potrebbero essere stimati ottimisticamente come la metà della produzione reale. Ipoteticamente quindi è possibile supporre l’uso di armature zincate per il mercato italiano nel 2005 come circa 2800 tonnellate.
Considerando che solo per il mercato italiano nel 2005 sono state prodotte 4.800.000 tonnellate di acciaio nero da usare come armature nel calcestruzzo, l’uso di armature zincate rappresenta quindi circa lo 0,06% del mercato totale.
Riferendosi all’uso di armature zincate in Australia, che è il paese dove vengono più impiegate al mondo e dove già nel 1985 rappresentavano il 5% rispetto all’acciaio nero [12], è ovvio che in Italia c’è uno scarso interesse all’uso dell’acciaio zincato come armatura nel calcestruzzo nonostante il lavoro fatto in questi ultimi 20 anni nel divulgare conoscenze mediante congressi, workshops, etc. su come questo materiale offre significanti vantaggi paragonato all’acciaio nero in equivalenti condizioni di impiego.

Tabella 1 - Dati sulle barre zincate provenienti da 13 impianti di zincatura attivi in Italia, relativi a 3 anni. Fig. 2 - Produzione di armature zincate e di armature di acciaio nero in Italia nel triennio 2003-2005.

IMPIEGO IN ITALIA
A parte le varie microrealizzazioni che ogni anno vengono fatte con l’impiego delle armature zincate come appunto dimostrano i dati del periodo 2003-2005 e di cui è impossibile dare una documentazione dettagliata, di seguito sono riportate alcuni significativi esempi italiani.

La prima importante costruzione in calcestruzzo in Italia dove sono state usate armature zincate è la grande Moschea di Roma, progettata dagli Architetti Vittorio Gigliotti e Paolo Portoghesi, costruita tra il 1984 e il 1995 e caratterizzata da tipiche colonne a tre steli in calcestruzzo sia all’esterno che nell’interno (Fig. 3). Furono usate circa 1500 tonnellate di acciaio zincato come armatura oltre che per incrementare la durabilità dell’opera anche per evitare probabili spot di ruggine rossa derivanti dalla corrosione dell’acciaio ben visibili su una struttura con colorazione molto chiara.

Nel 1997 sono state usate dalla Soc. Autostrade armature zincate e uno speciale mix per il calcestruzzo per la ricostruzione di un piccolo viadotto autostradale di lunghezza di 11 m. localizzato nel tratto Genova – Serravalle della A7. Tale realizzazione è utilizzata anche come laboratorio sperimentale in scala reale, poiché durante la costruzione, con la collaborazione dell’Università di Roma, furono installate (Fig. 4) delle sonde per il monitoraggio dei parametri caratteristici della corrosione delle armature [13]. A tutt’oggi, dopo 10 anni, il monitoraggio di questi parametri indica che il rivestimento di zinco delle barre di armatura è perfettamente passivo con valori della velocità di corrosione praticamente nulli.

Nei primi anni del 2000 il teatro La Fenice di Venezia, distrutto da un incendio alcuni anni prima (Gennaio 1996), è stato ricostruito usando armature zincate. Furono fornite barre zincate diritte sia di lunghezza 12 m., sia di lunghezza 6 m. e rete elettrosaldata zincata per un totale di circa 800 tonnellate (Fig. 5).

Considerando che gli zincatori che hanno risposto rappreTra la fine degli anni 90 e i primi anni 2000 è stata costruita, nelle vicinanze di Perugia e Assisi una condotta per il trasporto d’acqua scavata nella roccia di lunghezza 8 Km e con diametro 4 m.
Il tunnel è stato pannellato con conci in calcestruzzo prefabbricati opportunamente sagomati e ricoperti internamente con una parete continua di calcestruzzo spessa 30 cm armata con due strati concentrici di rete elettrosaldata di acciaio ad alta duttilità preventivamente sagomata e zincata (Fig. 6 e 7). L’interspazio tra i due strati di rete era di 20 cm, il calcestruzzo è stato confezionato con un rapporto acqua/cemento di 0,50 e la quantità di armatura zincata usata è stata di 2500 tonnellate.

COSTO
Il costo delle armature zincate dipende in larga misura dal costo dello zinco, ma anche dal processo di zincatura e dal trasporto dall’impianto di zincatura. Nel 2006 il costo dello zinco è triplicato rispetto a un anno e mezzo prima e nei primi mesi del 2007 si è stabilizzato agli alti livelli raggiunti. Occorre poi tener conto del tipo di materiale da zincare ed in particolar modo dal diametro delle barre: a parità di peso dell’acciaio da zincare più piccolo è il diametro delle barre più alto sarà il relativo costo di zincatura poiché queste hanno una superficie specifica maggiore.

E’ chiaro che nel momento in cui la richiesta di barre zincate per le armature del calcestruzzo dovesse aumentare al punto di raggiungere livelli dell’ordine di qualche unità percentuale rispetto alla produzione totale di barre l’operazione di zincatura sarebbe effettuata direttamente all’interno delle stesse acciaierie con il risultato di un minor costo finale del prodotto.

E’ tuttavia sbagliato considerare il costo della zincatura solo come extracosto dell’armatura, piuttosto dovrebbe essere valutato come l’incremento percentuale sull’intera opera finita. Allora l’incremento percentuale del costo dovuto alla zincatura, anche se dipende dal tipo di struttura, può scendere a livelli più che accettabili. Per esempio in Italia in questo periodo, per costruzioni di civile abitazione, l’incremento del costo potrebbe essere stimato intorno al 5-6% del costo globale dell’opera (Tabella 2). Se questo incremento di costo iniziale è messo in relazione con l’aumento della vita utile in servizio della struttura esso risulta accettabile specialmente quando viene paragonato con i costi di ristrutturazione e manutenzione il cui peso è diverse volte maggiore rispetto agli extra costi dovuti alla prevenzione.

Tabella 2 - Impatto economico delle armature di acciaio zincato sul costo di una struttura mediamente armata. Fig. 7 - Gabbia d’armatura a pareti concentriche installata alla parete della galleria. La distanza tra i due strati è di 20 cm.

BIBLIOGRAFIA

[1] UNI EN 206-1, Calcestruzzo: specificazione, prestazioni, produzione e conformità, 23 marzo 2006.

[2] UNI 11104, Calcestruzzo - Specificazione, prestazione, produzione e conformità - Istruzioni complementari per l’applicazione della EN 206-1, 1 marzo 2004

[3] Norme Tecniche per le Costruzioni, Supplemento Ordinario alla Gazzetta Ufficiale n.222 del 23 settembre 2005, Serie Generale.

[4] UNI 10622-97, Barre e vergella (rotoli) di acciaio d’armatura per cemento armato, zincati a caldo, 1997

[5] ASTM 767/A-90, Standard Specifications for Zinc-Coated (Galvanized) Steel Bars for Concrete Reinforcement, 1990

[6] AFNOR NF A35-025,92, French Standardization, Steel Products, Concrete Reinforcing Steel, Hot-dip galvanized round bars – Hot-dip galvanized bars, wire, rods and wires with improved bond and wires for fabric, December 1992.

[7] Direttiva 94/60/CE del Parlamento europeo e del Consiglio del 20 dicembre 1994 recante quattordicesima modifica della direttiva 76/769/CEE concernente il ravvicinamento delle disposizioni legislative, regolamentari ed amministrative degli Stati Membri relative alla limitazione dell’immissione sul mercato e dell’uso di talune sostanze e preparati pericolosi.

[8] Direttiva 2003/55/CE del Parlamento europeo e del Consiglio del 18 giugno 2003 che modifica per la ventiseiesima volta la direttiva 76/769/CEE del Consiglio relativamente alle restrizioni in materia di immissione sul mercato e di uso di talune sostanze e preparati pericolosi (nonilfenolo, nonilfenolo etossilato, cemento).

[9] COST 509 , Corrosion and Protection of Metals in Contact with Concrete.

[10] COST 521, Corrosion of Steel Rebar in Reinforced Concrete Structures.

[11] CRAFT BE S2 5139, Galvanized Steel Rebars with Improved Corrosion Resistance for Reinforcement in Concrete, 1997.

[12] CEB Bulletin d’Information n. 211, Protection Systems for Reinforcement, February 1992.

[13] M. Luminari, M. Donferri Mitelli, G. Bastianelli, E. Proverbio, M. Meloni, R. Rigacci, Un esempio di applicazione autostradale di tipo sperimentale dell’acciaio zincato e di calcestruzzo a migliorate prestazioni per la prevenzione della corrosione di ponti e viadotti, AICAP, Roma, 23-25 ottobre 1997.