Progettare la vita utile delle strutture
(Service Life Design)
Convegno AICAP
La durabilità delle strutture in calcestruzzo
Ancona 27 febbraio 2007
Giuseppe Mancini
Professor of Structural Enginering
Politecnico di Torino
Italy
Convegno AICAP
La durabilità delle strutture in calcestruzzo
Ancona 27 febbraio 2007
Documento di riferimento
fib – bulletin 34/2006
Model Code for Service Life Design
Corrosione indotta da
Carbonatazione
Attacco da cloruri
Gelo e disgelo
Senza sali antigelo
Con sali antigelo
Guida alla progettazione della vita utile delle strutture con
quattro livelli di affinamento
Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
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La durabilità delle strutture in calcestruzzo
Ancona 27 febbraio 2007
 Approccio completamente probabilistico
 Approccio semiprobabilistico
 Approccio deterministico idoneo al soddisfacimento
dei requisiti di progetto (Deemed to satisfy method)
 Approccio idoneo ad evitare il meccanismo di
deterioramento (Avoidance of deterioration method)
Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
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Vita utile di progetto
Definizione di uno
stato limite
Periodo in cui la struttura o parti di essa
possono essere utilizzate per l’uso previsto con
la manutenzione prevista, senza interventi
manutentivi straordinari
Un numero di anni
Livello di probabilità di non raggiungimento dello
stato limite nel previsto numero di anni
Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
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Durabilità
Capacità della struttura di rimanere funzionale nelle sue
condizioni ambientali per la vita utile di progetto
Adozione di misure
protettive o di
mitigazione
Uso di materiali
non soggetti a
deterioramento
nella durata di vita
(se ben mantenuti)
Dimensionamento
idoneo a compensare
il deterioramento nella
durata di vita
Scelta di una durata
di vita minore per gli
elementi che
possono essere
sostituiti
Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
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Ancona 27 febbraio 2007
I requisiti prestazionali devono essere associati a valori
limite di affidabilità, per fissare i quali occorre tener conto di:
 Classi di conseguenze CC3, CC2, CC1
 Classi di affidabilità RC3, RC2, RC1
 Livelli di controllo del progetto DSL3, DSL2, DSL1
 Classi di esecuzione EXC1, EXC2, EXC3
 Classi di robustness ROC1, ROC2, ROC3
 Classi di controllo nella durata di vita CCL3, CCL2, CCL1, CCL0
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Verifica della durata di vita di progetto
a) Corrosione indotta da carbonatazione / cls non fessurato
a1) Metodo completamente probabilistico
Stato limite  Depassivazione
p
  pdep  p a  xc (t )  0  p0
ricoprimento
profondità di carbonatazione
al tempo t
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Stato limite  Fessurazione, spalling e collasso
indotti dalla corrosione
p
  pcrack  p r( R)  r( S ) (t )  0  p0
massimo incremento di raggio
per corrosione sopportabile del
calcestruzzo senza fessurazione
superficiale (m)
incremento di raggio per
corrosione (m) al tempo t
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Procedura di progetto alternativa
p
  pcrack  p  tSL  tini

 t prop  0  p0
durata di vita di progetto
periodo di inizio del deterioramento
periodo di propagazione del deterioramento
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a2) Metodo semiprobabilistico
ad  xc , d (t )  0
valore di progetto del
ricoprimento (mm)
ad  amin  a
valore caratteristico
del ricoprimento
tolleranza
valore di progetto della profondità
di carbonatazione al tempo t
xc , d (t )  xc ,c (t )   f
valore caratteristico
del ricoprimento
coefficiente di sicurezza parziale per
la profondità di carbonatazione
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a3) Metodo deterministico
Si stabilisce un insieme di parametri geometrici (ricoprimento),
sui materiali (parametri di diffusione e di legante),
esecutivi (curing)
Approccio EN 1992-1-1: Design of concrete structures
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Table 4.1: Exposure classes related to environmental conditions in accordance with EN 206-1
Class
designation
X0
XC1
XC2
XC3
XC4
XD1
XD2
XD3
Description of the environment
Informative examples where exposure classes
may occur
1 No risk of corrosion or attack
For concrete without reinforcement or
embedded metal: all exposures except where
there is freeze/thaw, abrasion or chemical
attack
For concrete with reinforcement or embedded
Concrete inside buildings with very low air
metal: very dry
humidity
2 Corrosion induced by carbonation
Dry or permanently wet
Concrete inside buildings with low air humidity
Concrete permanently submerged in water
Wet, rarely dry
Concrete surfaces subject to long-term water
contact
Many foundations
Moderate humidity
Concrete inside buildings with moderate or high
air humidity
External concrete sheltered from rain
Cyclic wet and dry
Concrete surfaces subject to water contact, not
within exposure class XC2
3 Corrosion induced by chlorides
Moderate humidity
Concrete surfaces exposed to airborne chlorides
Wet, rarely dry
Swimming pools
Concrete components exposed to industrial
waters containing chlorides
Cyclic wet and dry
Parts of bridges exposed to spray containing
chlorides
Pavements
Car park slabs
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Class
designation
XS1
XS2
XS3
XF1
XF2
XF3
XF4
XA1
XA2
XA3
Description of the environment
Informative examples where exposure classes
may occur
4 Corrosion induced by chlorides from sea water
Exposed to airborne salt but not in direct
Structures near to or on the coast
contact with sea water
Permanently submerged
Parts of marine structures
Tidal, splash and spray zones
Parts of marine structures
5. Freeze/Thaw Attack
Moderate water saturation, without de-icing
Vertical concrete surfaces exposed to rain and
agent
freezing
Moderate water saturation, with de-icing
Vertical concrete surfaces of road structures
agent
exposed to freezing and airborne de-icing agents
High water saturation, without de-icing agents Horizontal concrete surfaces exposed to rain and
freezing
High water saturation with de-icing agents or
Road and bridge decks exposed to de-icing
agents
sea water
Concrete surfaces exposed to direct spray
containing de-icing agents and freezing
Splash zone of marine structures exposed to
freezing
6. Chemical attack
Slightly aggressive chemical environment
Natural soils and ground water
according to EN 206-1, Table 2
Moderately aggressive chemical environment
Natural soils and ground water
according to EN 206-1, Table 2
Highly aggressive chemical environment
Natural soils and ground water
according to EN 206-1, Table 2
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Table 4.3N: Recommended structural classification
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Table 4.4N: Values of minimum cover, cmin,dur , requirements with regard to durability for
reinforcement steel in accordance with EN 10080
S4
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Table 4.5N: Values of minimum cover, cmin,dur , requirements with regard to durability for
prestressing steel
S4
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Table E.1N: Indicative strength classes
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a4) Metodo di impedimento del deterioramento
Resistenza infinita
(molto elevata) del
materiale alla
depassivazione o alla
corrosione
Azione ambientale
nulla
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b) Corrosione indotta da cloruri / cls non fessurato
b1) Metodo completamente probabilistico
Stato limite  Depassivazione
p
  pdep  p  Ccrit  C(a, t )  0  p0
contenuto critico
di cloruri
contenuto di cloruri alla
profondità “a” al tempo t
Stato limite  Fessurazione, spalling e collasso
indotti dalla corrosione
Analogo a quello della carbonatazione
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b2) Metodo semiprobabilistico
Vedasi a1)
b3) Metodo deterministico
Vedasi a2)
b4) Metodo di impedimento del deterioramento
Vedasi a3)
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c) Gelo e disgelo senza sali antigelo
c1) Metodo completamente probabilistico
Stato limite  Danno da gelo che provochi perdita locale di
proprietà meccaniche, fessurazione, spalling,
perdita di sezione
p
  pgelo  p  SCR  S ACT (t  tSL )  0  p0
grado critico di
saturazione
grado effettivo di
saturazione al tempo t
durata di vita di
progetto
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c2) Metodo semiprobabilistico
SCR , d  S ACT , d (t  tSL )  0
valore di progetto del
grado di saturazione
valore di progetto del grado
effettivo di saturazione al tempo t
SCR , d  SCR ,min  SCR
S ACT , d (t )  S ACT (t )  S ACT
valore caratteristico
del grado critico di
saturazione
tolleranza
valore caratteristico del
grado effettivo di
saturazione al tempo t
tolleranza
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c3) Metodo deterministico
Si stabilisce un insieme di parametri quali lo spazio per
l’espansione (aria trattenuta), materiale (acqua non geliva),
l’invecchiamento (carbonatazione)
c4) Metodo di impedimento del deterioramento
Resistenza del
materiale infinita
(molto elevata)
Azione ambientale
nulla
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d) Gelo e disgelo con sali antigelo
d1) Metodo completamente probabilistico
Stato limite  Danno da gelo e sali che provochino
delaminazione della superficie
p
  pscaling  p  T (t  tSL , Cl  )  TR ( RH (T ), T (t ),....)  0  p0
temperatura del
calcestruzzo
temperatura critica del gelo per
la delaminazione al tempo t
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d2) Metodo semiprobabilistico
Vedasi c1)
d3) Metodo deterministico
Vedasi c2)
d4) Metodo di impedimento del deterioramento
Vedasi c3)
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Gestione della sicurezza per il progetto
della durata di vita
a) Classi di conseguenze
Conseguenze della rottura
o della carenza di
funzionalità
Necessarie per la
differenziazione della
sicurezza
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Table A2-1: Definition of consequences classes
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b1) Differenziazione della sicurezza tramite 
3 classi di sicurezza
RC3 / RC2 / RC1 associate a CC3 / CC2 / CC1
Table A2-2 (MCSLD)
Table A2-1 (MCSLD)
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Table A2-2
Recommended
minimum values for
reliability index ß
for use in SLD
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b2) Differenziazione della sicurezza tramite F
F viene corretto tramite un moltiplicatore KFI
Table A2-3: K FI factor for actions
<1.0 (~0.9)
>1.0 (~1.1)
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c) Robustness delle zone soggette a corrosione
Si definisce una perdita critica di sezione delle barre
per corrosione in grado di comportare la rottura (ULS)
Per differenziare le diverse modalità di rottura si
definiscono le classi di Robustness
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Table A3-1: Robustness Classes (ROC)
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d) Differenziazione per qualità del progetto
(Design supervision level)
Misure di controllo di qualità del progetto
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Table A4-1: Design supervision levels (DSL)
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e) Controllo di qualità dell’esecuzione
3 classi di controllo
Table A5-1: Execution Classes (EXC)
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f) Controllo durante la durata di vita
Ispezione e monitoraggio
Table A6-1: Conditions Control Levels (CCL)
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Gestione della sicurezza: da SLS a ULS
Processo di
corrosione
 Periodo di depassivazione
(incipiente corrosione)  tini
 Periodo di propagazione  tprop,i
tSL  tini  t prop ,i
Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
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Figure R1.1-1: Deterioration process of reinforcement corrosion and
definition of limit states for basic scheme of the service life design
Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
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Modello per il calcolo del periodo di iniziazione
(Esposizione XC4)
- 1° definizione dello SL di depassivazione
g (a, xc (tSL ))  a  xc (tSL ) 
1
 a  2ke kc (kt RACC
,0   t ) CS  t SL W (t SL )
funzione ambientale (RH)
funzione climatica
parametro di curing
concentrazione di CO2
parametro regressione
inverso della resistenza effettiva
alla carbonatazione
termine di errore
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- 2° definizione dello SL di depassivazione
g (tini , tSL )  tini  tSL 
1
 2 ke kc (kt RACC

,0   t ) CS
2w

 t0 
2
a


1
2 w 1
 tSL
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Table R3-1
(exposition XC4)
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Modello per il calcolo del periodo di propagazione
- Funzione di Stato Limite
g (tini , t prop ,i , tSL )  tini  t prop ,i  tSL
tprop,crack
definito come sopra
tprop,spall
t prop (Tref ) 
t prop (Ti )
KTi
Tref = 20° C
KTi 
parametro regressione (4300 k)
1
 1
1
b
 
 Tref Ti 


e
Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
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Figure R4.2-2: Cumulative frequency of the evaluated variables tprop,i linked to
the event of cracking and spalling (T = 293 K)
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Figure R5.1-1: Evaluated reliability indices at the end of service life linked to the limit states of
depassivation of reinforcement, cracking and spalling of concrete cover and
collapse of the structure. 4 calculations have been carried out considering
different boundary conditions (xcrit,collapse has been considered as 2,000 μm)
Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
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Approccio semiprobabilistico
(Carbonatazione)
a  10mm
 RHreal  1.3
1
 RACC
,0  1.5
(   1.3 per SLS )
ac  xc , d (tSL )  a
probabilità di pioggia
tempo di bagnatura
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Esempio
Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
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Ancona 27 febbraio 2007
Figure S4.1-1:
Required nominal concrete cover with time of exposure, exposure carbonation,
middle European climate, cyclic wet and dry, exposed to driving rain (vertical
reinforced concrete fassade), CEM I-concrete, w/c = 0.60
Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP
La durabilità delle strutture in calcestruzzo
Ancona 27 febbraio 2007
Grazie per l’attenzione
Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino