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Estratto dagli atti del 15° Congresso C.T.E. Bari, 4-5-6 novembre 2004


NUOVI ORIENTAMENTI NORMATIVI IN ITALIA ED IN EUROPA

PER UN UTILIZZO PIU' RAZIONALE DEGLI ACCIAI DA C.A.


ALBERTO FRANCHI, Politecnico di Milano
PIETRO CRESPI, Politecnico di Milano
GIOVANNI PLIZZARI, Università di Bergamo


SUMMARY

       The paper refers on the product and design Italian and European standards as far as steel for reinforcement is concerned. In particular EC2, recently approved at European level, and EN 10080, in its final draft and under final vote, are discussed. Considerations on a possible future Italian Standard, which will take into account both the European indications and the national particularities, will be addressed. Some attention is devoted to steels so called “corrosion” resistant, i.e. galvanized steels and inox steels. As far as galvanized steels are concerned, the first draft of an European norm is available now while  for inox steels a new European Standard will soon be promoted under ECISS/TC19/SC1.


1. INTRODUZIONE

       Gli acciai da c.a. sono oggetto in questi anni di una notevole attenzione da parte di tutti gli organismi di normazione nazionali ed internazionali per una serie di motivi, diversi tra loro, ma che contribuiscono nel loro insieme a tenere alta l’attenzione su questo prodotto.
       I fatti più importanti, almeno nell’opinione degli scriventi, sono riconducibili ad almeno tre motivazioni principali.
       La prima è di natura tecnica e più precisamente si è convinti, a tutti i livelli normativi sia nazionali che internazionali, che la sicurezza delle strutture in cemento armato dipende in maniera primaria dalle caratteristiche meccaniche e chimico-fisiche degli acciai d’armatura; tale convinzione diventa una certezza quando si pensa alle strutture in zona sismica o a carichi di tipo esplosivo, quando cioè vengono richieste alla struttura risorse di duttilità particolarmente elevate.
       La seconda riguarda la durabilità delle strutture; su tale tema si dimostra una sensibilità crescente da parte del settore delle costruzioni, siano essi professionisti progettisti o enti appaltanti. Una nuova cultura tecnico-economica-gestionale cerca di confrontare le diverse soluzioni progettuali possibili attraverso la strategia denominata “Life Cycle Cost Analysis (LCCA)” che tende a valutare i costi dell’intera vita dell’opera non accontentandosi più della stima del costo iniziale di impianto.
       Il problema della corrosione delle armature, in particolari condizioni ambientali, non solo causa costi futuri sia diretti (riparazioni) che indiretti (limitazioni all’uso del manufatto) ma riduce il coefficiente di sicurezza con riferimento ad una potenziale rottura di una barra d’armatura. É noto infatti come l’aspetto più preoccupante della corrosione non è tanto la conseguente diminuzione di resistenza (che si presenta in misura proporzionale alla diminuzione di sezione e quindi diventa apprezzabile solo quando la corrosione risulta molto avanzata) quanto la diminuzione di duttilità, che viceversa (soprattutto per i moderni acciai a basso carbonio) mostra una elevatissima sensibilità a qualsiasi, anche piccolo, disturbo alla geometria della sezione. La diminuzione di duttilità non preoccupa la sicurezza strutturale fino a che le condizioni di carico rimangono quelle più frequenti, pesi propri e carichi accidentali di servizio; la duttilità infatti, come ben noto, è un presidio indispensabile per i carichi eccezionali. In zona sismica, quindi, la corrosione delle barre d’armatura risulta una potenziale insidia pericolosissima, particolarmente poco o per nulla controllabile. Il problema va quindi risolto alla radice utilizzando i prodotti giusti nei posti giusti all’interno della struttura.
       La terza è di tipo industriale ed economica; nuove nazioni, in genere appartenenti all’Europa dell’Est e soprattutto ai nuovi paesi in via di sviluppo, stanno diventando protagonisti nel settore siderurgico come mai prima nella storia e l’Europa giustamente si preoccupa sia che non si abbassi il livello qualitativo degli acciai da c.a. (e quindi dei livelli di sicurezza) che vengono utilizzati nella costruzioni sia cerca di sviluppare nuovi prodotti con un più elevato contenuto tecnologico.
       Le principali norme che riguarderanno gli acciai da c.a. in Italia nel prossimo futuro sono:


1) Aggiornamento del Decreto Ministeriale LL.PP. del gennaio 1996;


2) “Norme tecniche per il progetto, la valutazione e l’adeguamento sismico degli edifici” di cui all’Ordinanza 3274;


3)
 Eurocodice 2;


4) prEN 10080 giunta al final draft ed in attesa del voto formale da parte dei paesi membri;


5)
 Bozza di norma europea sull’acciaio da c.a. zincato.

       Si tratta dunque di due norme italiane (che dovrebbero confluire in un’unica norma tipo D.M.) e di 3 norme Europee (una di progetto e due di prodotto), a cui se ne aggiungerà, in un prossimo futuro, una di prodotto sull’acciaio inossidabile.
       L’unica norma approvata, oggi, che tratta il tema degli acciai da c.a., risulta l’Eurocodice 2; si ritiene che le altre Norme, in via di approvazione ed in particolare il D.M., in qualche modo recepiscano le indicazioni dell’EC2 e pertanto l’attenzione sarà particolarmente ad esso rivolta, indicando di volta in volta le integrazioni che molto probabilmente la normativa italiana andrà a definire. Alcuni cenni alla normativa sugli acciai galvanizzati sembra interessante stante l’importanza, come già accennato, del problema della corrosione.


2. L’EUROCODICE 2 (CON INDICAZIONI SU UNA PROSSIMA “PROBABILE” NORMATIVA ITALIANA)

      
       L’Eurocodice 2 [1] fornisce oggi, a nostro parere, le indicazioni più complete ed aggiornate sulle caratteristiche meccaniche degli acciai da c.a. cui il progettista strutturale dovrà fare riferimento.
       Come prima osservazione è bene ricordare che tale norma, riassunta nella seguente Tabella C.1, prende in considerazione solo gli acciai comuni al carbonio e non tratta, riservandosi di farlo in un tempo successivo, gli acciai cosiddetti “resistenti alla corrosione” che si possono suddividere in acciai “rivestiti” (con resine epossidiche, non in uso in Europa, o zincati) e acciai inossidabili.

 

Tipologia di prodotto

Barra / rotolo raddrizzato

Rete elettrosaldata

Percentile (%)

Classe di duttilità

A

B

C

A

B

C

-

Valore caratteristico di snervamento fyk or f0.2k (MPa)

400 to 600

5.0

Valore caratteristico di k = (ft/fy)k

³1.05

³1.08

³1.15

<1.35

³1.05

³1.08

³1.15

<1.35

10.0

Valore caratteristico di deformazione uniforme a carico massimo, euk (%)

³2.5

³5.0

³7.5

³2.5

³5.0

³7.5

10.0

Intervallo di sforzo di fatica (MPa) (per N ³ 2´106 cicli) con un limite superiore di bfyk

³150

³100

10.0

Piega

piega/raddrizzamento

-

 

Resistenza del nodo saldato

-

0.3´A´fyk
(A: area del filo)

Valore minimo

Aderenza: Valore minimo dell’indice di aderenza, fR,min

Diametro nominale della barra (mm):

5-6

6,5 to 12

>12

 

 

 

0.035

0.040

0.056

 

5.0

 

Tolleranza in peso sul valore nominale (singola barra o filo) (%)

Diametro nominale (mm):

<8

>8

 

 

± 6.0

± 4.5

 

5.0

 

Tabella 1. Proprietà meccaniche secondo EC2 (Tabella C.1)

 

       La prima colonna elenca le proprietà meccaniche di interesse per il progettista: la resistenza valutata attraverso la tensione caratteristica di snervamento (frattile 5% indicato nell’ultima colonna), il rapporto caratteristico tra tensione di rottura e tensione di snervamento (frattile 10%), la deformazione ultima uniforme caratteristica (frattile 10%), l’intervallo dello sforzo di trazione nella prova di fatica ad alto numero di cicli (frattile 10%), la capacità di piega, la resistenza del nodo saldato nel caso delle reti (valore minimo), l’indice geometrico di aderenza (frattile 10%) e la tolleranza in peso (frattile 5%).
       Si ricorda che i valori caratteristici sono valutati con un livello di probabilità del 90% (come indicato dalla norma di prodotto EN10080).
       Le due colonne intermedie riportano i valori minimi (o massimi) richiesti di ciascuna quantità meccanica per barre e filo raddrizzato (colonna 2) e rete elettrosaldata (colonna 3) rispettivamente.
       Una prima osservazione generale consiste nell’osservare che i valori caratteristici vengono calcolati con una affidabilità del 90%, mentre generalmente la norma nazionale fa riferimento ad una affidabilità del 95%, ottenendo, da risultati di prove identici, valori più conservativi rispetto alla norma Europea. Sembra opportuno che la norma nazionale si adegui a quella Europea, attestato che la sicurezza non si misura con le frazioni percentuali ma con errori o omissioni generalmente grossolane.
       Una seconda osservazione sempre generale riguarda la mancanza dalla tabella di un prodotto molto in uso in Italia e che le nostre norme trattano alla stregua della rete elettrosaldata e più precisamente il traliccio elettrosaldato. In questo caso sarebbe opportuno che la norma Europea riconoscesse la strana omissione estendendo a tale prodotto i valori della terza colonna.
       Una terza osservazione riguarda il “grado” dell’acciaio da c.a. che generalmente corrisponde alla tensione di snervamento nominale; l’EC2 prevede che sia compreso tra i 400 e i 600MPa; all’interno di un tale “range” ogni stato membro può scegliere il proprio acciaio.
       La storia ha dimostrato che quelle Nazioni che prevedono più di un grado generalmente tendono ad utilizzare e quindi a produrne uno solo; ad esempio in Italia da anni è previsto un FeB38k e un FeB44k ma in pratica l’FeB38k non esiste e si produce solo l’FeB44k. Il progettista tende ad utilizzare, a parità di prestazioni, il grado di acciaio più alto per ragioni di evidenti economie nella realizzazione della struttura.
       Un lungo dibattito ha portato progettisti, produttori e enti di normazione a pensare per l’Italia un unico grado di acciaio pari a 450 MPa, che, seguendo l’ultima norma sulla designazione degli acciai in Europa [1], si chiamerà: B450C.
       Come si vedrà in seguito, non è detto che la coesistenza di più di un grado di acciaio sia, in un prossimo futuro, una possibilità da non prendere in considerazione; potrebbe viceversa rappresentare un passo in avanti sia da un punto di vista progettuale che quindi del sistema produttivo nazionale.
       Una quarta osservazione riguarda, all’interno delle due colonne centrali della tabella, la suddivisione in classi di duttilità A, B, C.
       La classe di duttilità A si riferisce all’acciaio trafilato a freddo, presente sul mercato Europeo ed Italiano in particolare, nei diametri compresi tra i 5 e i 12 mm. Il materiale di partenza, dall’acciaieria, è una “vergella” o rotolo liscio che viene trasportato presso il “trafilatore” che provvede a trasformarlo in rotolo “nervato” mediante deformazione a freddo. Una tale operazione riduce ovviamente il grado di duttilità del prodotto finito innalzando contemporaneamente il valore della tensione di snervamento. Un tale prodotto viene utilizzato in massima parte per la produzione di reti elettrosaldate e per la formazione delle staffe da parte dei centri di “presagomatura”.
       Per i motivi sopra esposti, l’EC8 (come l’Ordinanza 3274) esclude che in zona sismica si possa utilizzare una classe di duttilità così bassa.
       La Classe di duttilità B si riferisce, cercando di semplificare il problema e quindi rinunciando in qualche modo alla precisione, all’acciaio laminato a caldo e con resistenze comprese tra 500 e i 600 MPa.
       La Classe di duttilità C si riferisce agli acciai più duttili che generalmente hanno una tensione di snervamento compresa tra i 400 e i 500 MPa.
       Per la precisione è bene riferire che il continuo affinamento delle tecnologie produttive ha portato a produrre degli acciai, solamente sotto forma di barre, che hanno la classe di duttilità C e contemporaneamente hanno una tensione di snervamento compresa tra i 500 e i 550 MPa; purtroppo la tecnologia non è ancora riuscita a produrre un rotolo, da cui nascono come già accennato reti e tralicci elettrosaldati come pure sagome d’armature quali staffe e ferri piegati di piccolo diametro, con tali livelli di resistenza e di duttilità allo stesso tempo.
       E’ per tale motivo che, probabilmente, la scelta futura Italiana (ma già presente in tutte le bozze preparate dal STC del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici) sarà per un acciaio unico (nel senso che le stesse caratteristiche meccaniche saranno rispettate per le barre, le reti e i tralicci) del tipo B450C seguendo la nuova normativa Europea sulla designazione degli acciai [4] che prevede come prima lettera la B per gli acciai da c.a. (la lettera S per gli acciai da carpenteria) seguita da un numero che indica la tensione nominale di snervamento(in N/mm2 o MPa) e una lettera che indicala classe di duttilità.


3. LA prEN 10080

       La bozza di norma Europea di prodotto pr EN 10080 [2], per il rilascio del marchio CE, si presenta oggi come una norma incompleta nel senso tecnico di norma in quanto non sono previsti i “gradi” degli acciai che saranno prodotti in Europa, lasciando tale compito ai singoli stati membri, accontentandosi di unificare a livello Europeo i punti sotto elencati:
1) le caratteristiche chimiche per assicurare la saldabilità;
2) le caratteristiche dimensionali e tolleranze;
3) il sistema di identificazione;
4) il sistema di controllo della produzione da parte dell’ente di controllo;
5) le modalità di prova, riferendosi in modo particolare alle norme EN ISO 15630 1-2 [5], [6].


4. LA NORMA EUROPEA SULL’ACCIAIO DA C.A. ZINCATO: prEN ECISS TC 19 SC1 WG5

       La bozza di norma sugli acciai da c.a. zincati [3], concepita sempre nell’ottica del rilascio del marco CE, si occupa essenzialmente di controllare il rivestimento di zinco delle barre e rotoli, prevedendo che l’acciaio al carbonio di provenienza sia marcato CE secondo la EN10080, evitando in tal modo la ripetizione dei controlli sulle caratteristiche meccaniche e chimiche.
       Il controllo sul rivestimento viene effettuato tramite i seguenti parametri:


1) spessore del rivestimento
       Sono previste, nella bozza attuale della norma, sette classi di spessore partendo da un minimo di 21hm per la Classe G  fino ad un valore non inferiore a  224hm per la Classe A. Sembra opportuno sottolineare che, a seconda del tipo di esposizione e del tipo di calcestruzzo, la perdita massima dello zinco viene stimata tra 1-4 hm all’anno. Le differenti classi di spessore riflettono anche le diverse tecnologie di produzione dell’acciaio zincato.
       Una prima tecnologia, la più semplice, è quella che prevede tutte le operazioni di taglio e piega sull’acciaio al carbonio e successivamente il bagno caldo profondo in zinco; con tale procedura non risulta facile limitare il rivestimento sotto certi valori.
       Una seconda procedura, la più innovativa e complessa, prevede la zincatura della singola barra o del filo, facendo passare successivamente la barra o il filo in un impianto che, mediante l’insuflaggio controllato di aria in pressione, determina un rivestimento uniforme lungo la barra e, cosa più difficile, attorno alle nervature delle stesse; con tale tecnologia è possibile ottenere anche spessori molto piccoli, come richiesto ad esempio per i piccoli diametri.
       Il controllo sugli spessori del rivestimento viene effettuato mediante un tastatore magnetico (prova non distruttiva e valutazione dello spessore puntuale) o mediante da dissoluzione del rivestimento su una prefissata superficie e la successiva valutazione delle spessore medio tramite la stima del peso della quantità di zinco disciolta.


2) continuità del rivestimento
       La norma prevede di effettuare una serie di misure puntuali su una zona della superficie laterale della barra comprendente sia la sommità delle nervature che le valli delle nervature stesse; il valore medio delle misure non deve risultare inferiore al valore che individua la Classe di appartenenza. Ogni singolo valore, inoltre non deve risultare inferiore al 60% del valore nominale sempre della Classe di appartenenza.


3) aderenza tra l’acciaio e il rivestimento di zinco
       Il requisito di aderenza tra rivestimento di zinco e barra di acciaio al carbonio deve essere verificato solo nel caso si utilizzi il sistema di zincatura prima delle operazioni di taglio e piega delle sagome si armatura. In tal caso si deve assicurare che tali operazioni non causino danneggiamenti visibili ed estesi al rivestimento stesso, rendendo dubbiosa l’utilità del rivestimento stesso al fine di isolare la barra dagli agenti aggressivi.


5. GLI ACCIAI INOSSIDABILI

       Gli acciai inossidabili da c.a. sono presenti sul mercato europeo e stanno occupando una nicchia di mercato in fase d’espansione.
       Le norme Italiane da tempo prevedono l’uso di tali acciai, una volta che venga assicurato che le proprietà meccaniche siano riconducibili a quelle degli acciai al carbonio, regolati dal D.M del 1996 [7].
       La ricerca sugli acciai inossidabili oggi vede le imprese ed i centri di ricerca impegnati a trovare composizioni chimiche, processi di laminazione e trattamenti successivi tali da aumentare le caratteristiche meccaniche, diminuire i costi preservando la resistenza alla corrosione dovuta all’attacco dei cloruri all’interno della compagine di calcestruzzo.
       Tali acciai, nelle diverse famiglie in cui si possono raggruppare in funzione della struttura cristallina (austenitici, martensitici, ferritici, douplex, al manganese etc.), non possono essere confusi con gli acciai al carbonio: si pensi al solo dato sulla capacità di dissipare, nella prova monoassiale di trazione come nella prova di fatica oligociclica, un’energia, che a parità di grado con un acciaio al carbonio, doppia rispetto all’equivalente acciaio al carbonio, o, in altre parole, possedere una deformazione uniforme a carico massimo (Agt) doppia.
       Le norme si sono rese conto di tali diversità per cui si stanno sviluppando codici normativi non cercando più di confonderli con gli acciai al carbonio bensì di trattarli in maniera specifica. Eistono norme specifiche di prodotto, ad esempio, in Inghilterra e Francia e linee guida per il loro utilizzo razionale in Inghilterra.
       A livello Europeo l’ECISS/TC19/SC1 sta per avviare un WG per la stesura di una bozza di norma e analogamente sta lavorando l’EC2 per adeguare le regole di progettazione, con particolare riferimento ai gradi degli acciai, al tema dell’aderenza, ai valori del copriferro, ai problemi legati all’alto valore di incrudimento che rende necessario ritarare alcuni parametri per quanto riguarda la forza di taglio di progetto.


6. BIBLIOGRAFIA

[01] EN 1992-1-1, Design of concrete structures- Part 1: General rules and rules for building, April 2002


[02] prEN 10080, Steel for reinforcing concrete- Weldable reinforcing steel, 2002-11


[03] prEN ECISS TC 19 SC1 WG5, Reinforcing steels-Galvanized products, 2004-05


[04] EN 10020, Definition and classification of grades of steel


[05] EN ISO 1563-1, Steel for the reinforcement and prestressing of concrete - Test methods - Part 1: Reinforcing bars, wire rod and wires


[06] EN ISO 1563-2, Steel for the reinforcement and prestressing of concrete - Test methods - Part 2: Welded fabric


[07] D.M. 9 gennaio 1996, Norme tecniche per il calcolo, l’esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per le strutture metalliche.

 

Contatti con gli autori:


Alberto Franchi:
alberto.franchi@polimi.it


Pietro Crespi:
pietro.crespi@polimi.it


Giovanni Plizzari:
plizzari@unibg.it

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