Orio al Serio – 7 febbraio 2013
COR-TEN E PROTEZIONE ANTICORROSIVA CON PRODOTTI
VERNICIANTI: ESPERIENZE A CONFRONTO
ACCIAIO PATINABILE – TESTIMONIANZE ED ESPERIENZE
Relatore: Prof. Ing. Pierangelo Pistoletti
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Per chiarire bene il tema di questo intervento, contrariamente alle abitudini, si parte
dalle conclusioni:
-l’acciaio auto-patinabile, alias COR-TEN, è caldamente raccomandato, soprattutto nella
costruzione di ponti;
-è fortemente raccomandato l’uso di acciaio auto-patinabile NON verniciato;
-eventuali verniciature per il COR-TEN dovrebbero essere prese in considerazione
soltanto per strutture già in esercizio e che manifestino chiari sintomi di corrosione
anomala.
Queste conclusioni si basano soprattutto in gran parte sull’esperienza professionale, che
può vantare la progettazione, dall’87 ad oggi, di oltre 200 ponti in COR-TEN e su alcuni
report stranieri.
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Verrand - L = 97,5 m + 3 x 135 m + 97,5 m - 1998
Raccordo Autostradale Valdostano
Piastra Ortotropa di luce totale 600 m e
doppia carreggiata.
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Cuponeddi - L = 35 m + 75 m + 7 x 70 m + 35 m - 2001
Orientale Sarda – Lotto di San Teodoro
Vari Viadotti di luce circa 70 m in struttura
reticolare.
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Bollone - L = 80 m + 3 x 95,5 m + 65 m - 1999
Autostrada A1 – Lotti 1, 3 , 5, 6
Vari Ponti e Viadotti con luci da 60 m a oltre
100 m.
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Cattinara - L = 76 m + 2 x 94 m + 76 m - 2003
Trieste: travi ad altezza variabile montati con
varo frontale.
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Rho Pero (Fiera di Milano) – Vari impalcati di luci comprese tra 30 m e 45 m - 2003
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Ponte sul Tevere – L = 108 m + 166 m + 70 m – 2005
Sistema misto montato con varo frontale
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Stura di Demonte – L = 50 m + 10 x 100 m + 50 m - 2009
Autostrada Asti Cuneo
Viadotto a doppia carreggiata con varo
frontale.
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Adda – L (arco) = 82 m - 2006
Autostrada A4
Ponte ad arco a via superiore.
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Salerno – Reggio Calabria: Parisio – L = 15 m + 80 m + 15 m – 2008÷2010
Costaviola – L = 68 m + 80 m + 68 m – 2008÷2010
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Salerno – Reggio Calabria – Serra – L = 115,5 m + 115,5 m - 2011
Sostituzione delle strutture precedenti a
cassone chiuso verniciato, eccessivamente
ammalorate.
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Salerno – Reggio Calabria: Favazzina – L = 110 m + 220 m + 110 m - 2012
Doppio ponte strallato con varo frontale.
Acciaio patinabile – testimonianze ed esperienze
Il problema relativo all’acciaio auto-patinabile o COR-TEN è dibattuto sin dagli anni 70.
L’Europa era fortemente interessata, ma al contempo dubbiosa sulla durabilità ed incerta
su come affrontare correttamente il problema. L’impiego del COR-TEN veniva visto come
utilissimo a rendere economicamente più competitivo l’acciaio nei confronti dell’eterno
rivale, il C.A.P..
Ai tempi non c’erano esperienze così datate da potersi analizzare nel tempo al fine di
valutarne effettivamente la durabilità.
Si ricordano Commissioni Europee specifiche per la promozione della costruzione di
ponti in acciaio, in particolare AC3: Advisory Committee 3 – Bridges, nella quale ad ogni
riunione veniva posto all’ordine del giorno l’impiego del COR-TEN, e noi membri italiani
venivamo continuamente interrogati per sapere come affrontavamo il problema, quali
precauzioni prendevamo, visto che impiegavamo il COR-TEN correntemente.
Nessuna norma specifica è però uscita in Italia sull’argomento. Si è sempre utilizzato
l’acciaio COR-TEN senza alcuna limitazione/penalizzazione, basandoci e fidandoci
dell’esperienza Statunitense.
Acciaio patinabile – le ricerche
Nessuna ricerca “scientifica” è stata purtroppo varata in Italia nei circa 50 anni di utilizzo
del COR-TEN. Ognuno “conosce” i risultati delle proprie esperienze, ma non si ha una
linea comune. Ci si basa soprattutto sul fatto che non emergono situazioni critiche su
possibili corrosioni anomale dalle ispezioni/manutenzioni in campo.
Le uniche ricerche significative sono state fatte, a partire dagli anni 80, all’estero. In
particolare si possono citare gli esempi degli USA e della Gran Bretagna (Scozia in
particolare).
Entrambe le ricerche, basate sull’analisi di ponti in COR-TEN già in esercizio da alcune
decine di anni, hanno trovato risultati (positivi) molto simili e sulla base dei risultati
ottenuti sono servite per la redazione di Linee Guida suggerite per la progettazione con
l’acciaio di tipo COR-TEN, come più avanti vedremo.
Facciamo un po’ di Storia.
Il primo utilizzo dell’acciaio tipo COR-TEN è avvenuto nel campo della meccanica, nel
1933, con dei vagoni che trasportavano carbone.
Successivamente, nel 1935, si cominciò ad utilizzarlo, ma solo per poche lamiere,
nei ponti autostradali, nel 1937 nelle navi e nel 1939 negli edifici.
La ricerca negli USA
Nel 1964, sulla base delle esperienze precedenti ancorché limitate, fu progettato il primo
ponte interamente in COR-TEN (sulla New Jersey Turnpike (NJTP)).
Il numero dei ponti in acciaio COR-TEN divenne sempre più elevato, sino a raggiungere,
nel 1980, il 12 % del totale. Nei 10 anni che seguirono si palesarono alcuni dubbi sulla
durabilità del COR-TEN e cominciarono le analisi dei ponti già costruiti. Dubbi che
vedremo non trovarono molti riscontri nella pratica, ma che si basavano soprattutto sulla
mancanza di dati reali a favore.
Fu così che nel 1987 la percentuale di ponti in acciaio auto-patinabile scese al 10 %.
Dall’1989, grazie all’esito positivo delle ricerche ormai in corso e all’aumento del
prezzo dei prodotti vernicianti, il numero dei ponti in acciaio COR-TEN ricominciò
a crescere stabilizzandosi sul 15 % dei ponti in acciaio.
La ricerca negli USA
Nel 1980 l’American Iron and Steel Institute (AISI) ha cominciato una campagna di
ispezione su 52 ponti autostradali i cui primi risultati sono riassunti in un report del 1982.
La ricerca è proseguita con altre due fasi, alla fine delle quali, nel 1995, sono stati
analizzati complessivamente 63 di ponti, aventi dai 18 ai 30 anni di servizio, concepiti
senza alcuna prescrizione particolare e distribuiti in 11 Stati.
I risultati di questa ricerca furono soddisfacenti in quanto solo il 12 % dei ponti
presentava segni evidenti di corrosione. In particolare questi ponti erano tutti
concentrati nella zona industriale di Detroit, dove l’industrializzazione era molto elevata.
La causa della corrosione fu individuata nella presenza di una percentuale troppo elevata
di clorati (la Federal Highway Administration, sulle proprie Linee Guida, sconsiglia
l’utilizzo di COR-TEN con la presenza superiore a 0.5mg di clorati/100cm2/giorno di
media).
In nessun caso, comunque, si ritenne necessario intervenire subito sulle strutture, a
conferma del fatto che le corrosioni riscontrate non erano, in alcun caso,
pericolose.
La ricerca negli USA
Isolando il caso di Detroit, gli unici problemi riscontrati erano relativi a dei “micro
ambienti” che si potevano creare all’interno della struttura.
Insomma, la maggior parte dei difetti riscontrati era da
attribuire a cause specifiche piuttosto che ad un’inadeguatezza
della performance del COR-TEN nei confronti della corrosione.
In particolare questi “micro ambienti” possono essere così
identificati:
giunti di continuità;
pozzetti per scarico delle acque;
irrigidenti in prossimità degli apparecchi di appoggio.
Tutte queste zone hanno in comune la possibilità di accumulo
di acqua che, unita all’uso di sali per evitare la formazione del
ghiaccio (de-icing salts) creano un ambiente salmastro,
perennemente umido, che localmente tende a corrodere
l’acciaio.
Attenzione però: questi problemi sono comuni anche negli impalcati da ponte
realizzati in acciaio verniciato, non solo in COR-TEN.
La ricerca negli USA
Questi microclimi hanno cioè confermato quando l’uso del COR-TEN non è consigliato,
ovvero in ambienti perennemente umidi o secchi, in quanto la mancanza di alternanza di
queste due condizioni non permette la formazione della “patina” protettiva.
Dal punto di vista più strettamente strutturale non è stato riscontrato alcun problema
dovuto a fenomeni di fatica o nei punti di giunzione, sia che si trattasse di soluzione
saldata sia bullonata.
Per le giunzioni bullonate si è semplicemente riscontrato che è necessario che i piatti di
collegamento non siano troppo flessibili in quanto una loro eccessiva deformabilità
potrebbe causare infiltrazioni di acqua all’interno dei coprigiunti.
Tale concetto è stato “tradotto” introducendo dei limiti massimi di interasse tra i bulloni
e di pinze, che però sono già implicitamente garantiti se si rispettano le Norme NTC
2008.
Nonostante i confortanti risultati delle esperienze americane e scozzesi, comunque in
entrambi i paesi, le Linee Guida relative al COR-TEN sono ad oggi ancora molto
conservative, con limitazioni per l’uso del COR-TEN, ad esempio per ponti sopra corsi
d’acqua,
in vicinanza
al mare
o sovrappassi.
Nonostante
dalle indagini
sperimentali
non si siano trovati segni evidenti di
corrosione su applicazioni di quel tipo, ad oggi persistono, benchè non
giustificatamente, queste limitazioni per l’impiego del COR-TEN.
La ricerca negli USA
In particolare le Linee Guida consigliano:
-un franco minimo da un corso d’acqua di 2.5 m;
-una distanza minima di 2 km dal mare;
-un sovra spessore variabile da 0.5 mm a 1.5 mm in funzione della categoria
dell’ambiente.
Queste Raccomandazioni, comunque, spinte dalla positività dei rilievi effettuati, sono in
continuo positivo mutamento e qualche restrizione comincia a cadere. Per esempio
nella prima versione era richiesto, per i sovrappassi, un franco minimo di 7.5 m, ora
tornato a 5.5 m ed un sovra spessore di 2 mm.
La ricerca negli USA - Conclusioni
In ogni caso tutte le ricerche hanno concluso che l’utilizzo di acciaio COR-TEN non
verniciato si è confermato come un’ottima alternativa all’acciaio tradizionale verniciato.
Dal punto di vista economico il risparmio non è trascurabile già in fase iniziale; a fronte di
un maggior costo della materia prima (circa 6 %) si risparmia infatti la verniciatura iniziale
e il guadagno netto si aggira intorno al 9 %.
A questo si deve sommare il risparmio dovuto ad ulteriori interventi di protezione
superficiale di cui, dopo circa 30 anni, un ponte in acciaio tradizionale avrebbe
sicuramente avuto bisogno. In ogni caso, infatti, dalle indagini effettuate nei primi 20 –
30 anni circa di servizio dei ponti in COR-TEN, ovunque fossero si è visto che il livello di
corrosione risultava così basso da non rendere ancora necessario nessun intervento di
protezione superficiale.
Per quanto riguarda i “micro ambienti” di cui si è parlato in precedenza, si possono
indicare nel seguito alcuni semplici accorgimenti locali che potrebbero evitare l’insorgere
delle corrosioni riscontrate. Accorgimenti peraltro utilissimi anche per la durata di un
trattamento protettivo superficiale.
Accorgimenti di dettaglio – Giunti di dilatazione
I giunti di dilatazione sono dei punti di discontinuità dei ponti nei quali è facile che si
accumuli del sale utilizzato per evitare la formazione del ghiaccio sul manto stradale e
dell’acqua. Nel caso di giunto usurato o non ben sigillato questa “mistura” salmastra può
entrare a contatto con la struttura e dunque corrodere la zona in prossimità del giunto. E
dunque buona norma diminuire il numero dei giunti di dilatazione sui ponti prediligendo
lo schema statico di trave continua. I giunti devono comunque essere ben sigillati in
maniera tale da essere elementi stagni.
Le Linee Guida americane e inglesi
consigliano di verniciare le travi
per una lunghezza pari ad almeno
una volta e mezza l’altezza delle
travi stesse.
Accorgimenti di dettaglio – Costole su appoggi
Anche in prossimità degli apparecchi di appoggio, in virtù delle pendenze longitudinali
dei ponti, è possibile avere degli accumuli di acqua. E’ pertanto consigliato l’inserimento
di un piatto saldato alla piattabanda inferiore che possa deviare il flusso di acqua.
Accorgimenti di dettaglio – Appoggi e testa pila
Al fine di evitare che la patina del COR-TEN vada
a “colorare” le pile e/o le spalle è consigliabile
l’utilizzo di un piatto in acciaio INOX sotto gli
apparecchi di appoggio messo in maniera tale da
deviare il flusso di acqua oltre le parti in
calcestruzzo.
Accorgimenti di dettaglio – COR-TEN e verniciatura
In conclusione, visti i risultati delle varie ricerche, uniti alle esperienze professionali, non
si capisce il motivo per cui si debba ricorrere all’acciaio COR-TEN verniciato su strutture
nuove. La protezione dalla corrosione diventa infatti in questo caso la verniciatura e non
si capisce dunque la differenza con l’impiego di acciaio tradizionale. Nel caso l’ambiente
sia particolarmente ostile all’acciaio auto-patinabile e si preferisse la verniciatura,
l’acciaio dovrebbe essere di tipo tradizionale.
Nel caso in cui il COR-TEN venisse ricoperto da uno strato di vernice protettiva, infatti,
l’assenza di contatto con l’atmosfera circostante vanificherebbe completamente la
capacità di auto passivazione, rendendo il comportamento del materiale assolutamente
identico ad un comune acciaio al carbonio, protetto dallo stesso ciclo di verniciatura.
Ci sono peraltro teorie secondo le quali tra l’acciaio COR-TEN e la vernice si potrebbe
creare una camera umido – statica che “consumerebbe” la capacità di auto-ossidazione.
Pertanto, se a fine vita del trattamento superficiale, si volesse utilizzare la capacità autopassivante, ci potremmo trovare di fronte ad un materiale che non ha più le capacità
auto-passivanti iniziali.
Non avendo prove di questo fenomeno, ma neanche del contrario, si ritiene
quantomeno azzardato l’utilizzo di COR-TEN verniciato.