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Il patrimonio edilizio italiano con strutture in C.A. sconta il superamento della vita utile, manifestando l’azione distruttiva tra degrado chimico e vulnerabilità sismica originaria. Attraverso l’esperienza diretta nei terremoti da L’Aquila al Centro Italia, l’articolo esamina le cinematiche di collasso reali indotte da dettagli costruttivi storici carenti e dalle sollecitazioni sismiche ripetute, promuovendo la prevenzione del rischio strutturale.
Calcestruzzo armato esistente: invecchiamento e carenze della progettazione sismica
Il patrimonio immobiliare italiano rappresenta un unicum a livello mondiale per stratificazione storica, densità urbana e vulnerabilità territoriale. Se da un lato l’edilizia in muratura ordinaria o pietra incarna l’identità monumentale dei centri storici e dei borghi, dall’altro l’espansione urbanistica ed economica del secondo dopoguerra ha consegnato al Paese un’immensa quantità di strutture in calcestruzzo armato (C.A.).
Edificati prevalentemente tra gli anni ’60 e ’80 — l’era del miracolo economico e dell’urbanizzazione intensiva —, questi edifici costituiscono oggi l’ossatura portante delle nostre periferie, delle scuole, degli ospedali e delle infrastrutture strategiche.
Attualmente, questa vasta transizione edilizia sta superando o ha già ampiamente superato la soglia critica dei cinquant’anni di vita utile nominale originariamente previsti per le opere ordinarie, ponendo la comunità ingegneristica di fronte a una sfida epocale. Per decenni, il cemento armato è stato accompagnato da un radicato mito culturale e tecnico: l’illusione dell’eternità.
Considerato un materiale definitivo, indistruttibile e privo di necessità manutentive, è stato realizzato a ritmi frenetici, spesso trascurando che la sua durabilità non è una proprietà intrinseca, ma il risultato di una complessa e delicata interazione chimico-fisica tra la matrice cementizia e le barre d’acciaio.
Oggi, questa illusione si scontra drammaticamente con due realtà scientifiche e storiche evidenti. La prima è il degrado intrinseco dei materiali, un processo di invecchiamento lento ma inesorabile governato da fenomeni chimici come la carbonatazione e la corrosione elettrochimica, che erodono silenziosamente le prestazioni originarie delle strutture.
La seconda realtà è l‘inadeguatezza progettuale originaria rispetto alle moderne concezioni della sismica.
La stragrande maggioranza del patrimonio edilizio del boom economico è stata infatti concepita in epoche in cui la zonizzazione sismica nazionale era parziale o fortemente sottostimata, e i codici di calcolo rispondevano a criteri puramente deterministici alle tensioni ammissibili, mirati a governare i soli carichi verticali e del tutto ignari dei concetti di duttilità, gerarchia delle resistenze e dissipazione energetica.
Quando il territorio viene colpito da un evento sismico, queste due criticità — il danno pregresso dovuto al tempo e la carenza strutturale congenita — non si sommano semplicemente, ma interagiscono sinergicamente in modo cinematico, amplificando gli effetti distruttivi del sisma.
Per un ingegnere volontario di Protezione Civile, chiamato a operare come agibilitatore nei momenti immediatamente successivi a un terremoto, questo connubio si palesa sul campo in tutta la sua tragica chiarezza. L’attività di rilievo del danno in emergenza priva l’osservatore di qualsiasi astrazione teorica o modellazione software, ponendolo di fronte alla nuda realtà delle strutture collassate o parzializzate.
Attraverso gli occhi di chi ha operato direttamente nei contesti post-sismici di L’Aquila nel 2009, dell’Emilia nel 2012 e del Centro Italia nel 2016, questo articolo si propone di analizzare i meccanismi patologici e strutturali che governano la vulnerabilità del cemento armato esistente, offrendo una sintesi tra il rigore dell’analisi ingegneristica e l’esperienza diretta maturata sui principali scenari emergenziali italiani.
Degrado del calcestruzzo armato: dalla carbonatazione alla perdita di capacità resistente
I meccanismi chimico-fisici del degrado strutturale
Prima che le onde sismiche sollecitino una struttura, il cemento armato esistente subisce un attacco ambientale silenzioso che ne modifica le proprietà meccaniche e l’aderenza tra i materiali costituenti. Il calcestruzzo fresco possiede un’elevata alcalinità (pH compreso tra 12.5 e 13.5), dovuta principalmente alla presenza di idrossido di calcio Ca(OH)2 (noto come portlandite), sottoprodotto dell’idratazione del cemento. Questo ambiente fortemente basico favorisce la formazione di un film microscopico di ossidi stabili sulla superficie delle barre d’acciaio: è la fase di passivazione, che protegge l’armatura dalla corrosione.
Il processo di carbonatazione
Il principale nemico di questo equilibrio è l’anidride carbonica CO2 presente nell’atmosfera. Essa si diffonde attraverso la porosità capillare del calcestruzzo e, in presenza di umidità, reagisce con la portlandite secondo la seguente reazione chimica:
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3
+ H2O
La trasformazione della portlandite in carbonato di calcio (CaCO3) comporta un progressivo crollo del pH della matrice cementizia, che scende a valori inferiori a 9. Quando il fronte di carbonatazione penetra nello spessore del calcestruzzo fino a raggiungere la profondità delle armature (annullando l’efficacia dello spessore del copriferro), l’acciaio perde la sua protezione chimica: si verifica la depassivazione.
La cinetica di penetrazione del fronte di carbonatazione segue generalmente una legge fenomenologica di tipo parabolico legata al tempo t :
x = K · √ t
dove x è la profondità di carbonatazione (in millimetri) e K è il coefficiente di carbonatazione, correlato alla porosità del calcestruzzo (rapporto acqua/cemento), alla compattazione in fase di getto e alle condizioni igrotermiche ambientali. Negli edifici degli anni ’60 e ’70, complici rapporti acqua/cemento spesso elevati e copriferri di spessori esigui (spesso inferiori a 15-20 mm), il valore di x ha oggi ampiamente superato la posizione delle barre.
L’ossidazione dei ferri e il fenomeno dello spalling
In un calcestruzzo depassivato, l’ossigeno e l’acqua innescano un processo elettrochimico di corrosione sulle barre di armatura. L’ossido di ferro (la comune ruggine) che si genera ha un volume specifico nettamente superiore a quello dell’acciaio originario (fino a 6 volte tanto).
Questa violenta espansione volumetrica all’interno della matrice rigida del calcestruzzo genera uno stato di trazione interna. Poiché il calcestruzzo possiede una resistenza a trazione estremamente ridotta (circa 1/10 di quella a compressione), si formano dapprima fessurazioni parallele alle barre d’armatura, seguite dall’espulsione macroscopica del calcestruzzo esterno, un fenomeno noto in letteratura come spalling.
Conseguenze sulla capacità portante residua
e ripercussioni strutturali dello spalling e della corrosione latente sono devastanti:
- riduzione della sezione resistente dell’acciaio: la corrosione riduce il diametro efficace delle barre, sia in modo uniforme sia tramite attacchi localizzati (pitting), i quali creano pericolosi intagli geometrici che riducono la duttilità a trazione dell’acciaio;
- perdita di aderenza acciaio-calcestruzzo: la degradazione geometrica dei rilievi presenti sulle barre ad aderenza migliorata (o l’assenza di attrito nelle barre lisce tipiche dell’edilizia più vecchia) impedisce il corretto trasferimento degli sforzi tangenziali, alterando lo schema statico dell’elemento;
- perdita di confinamento: la corrosione colpisce prioritariamente le staffe, che essendo più esterne e di diametro ridotto vengono spesso interamente consumate, annullando ogni capacità di contenimento del nucleo interno.
Vulnerabilità sismica degli edifici in c.a.: dettagli carenti e collassi fragili
Se il degrado dei materiali mina la resistenza ai carichi ordinari, le carenze progettuali originarie definiscono la vulnerabilità intrinseca della struttura di fronte all’azione dinamica di un terremoto. Fino alle riforme normative più recenti, la progettazione strutturale in Italia si è basata sul metodo delle tensioni ammissibili, assumendo un comportamento puramente elastico-lineare e considerando le azioni sismiche come semplici forze orizzontali statiche equivalenti, spesso fortemente sottostimate.
Staffatura dei pilastri: confinamento, duttilità e instabilità delle barre
La moderna ingegneria sismica impone che una struttura sia capace di deformarsi oltre il limite elastico, dissipando l’energia sismica attraverso la formazione di cerniere plastiche flessionali stabili, evitando collassi fragili. La duttilità di un elemento in C.A. (sia essa duttilità di curvatura della sezione o duttilità di spostamento dell’elemento) dipende principalmente dal grado di confinamento del calcestruzzo dovuto alle staffe.
Nelle costruzioni esistenti datate, i dettagli costruttivi legati alle staffe sono sistematicamente deficitari:
- passo eccessivo: staffe distanziate anche di 25-30 cm lungo tutto lo sviluppo del pilastro;
- geometria di chiusura errata: staffe ripiegate con ganci a 90° all’estremità, anziché a 135° con prolungamento entro il nucleo. Sotto l’azione del sisma, il copriferro si espelle, il gancio a 90° si apre istantaneamente sotto la spinta del calcestruzzo rigonfiato e la staffa perde qualsiasi funzione di confinamento;
- instabilità delle barre longitudinali: senza il ritegno laterale offerto dalle staffe a passo ridotto, le barre d’armatura longitudinali soggette a compressione ciclica deviano lateralmente per instabilità geometrica (bocking), provocando il collasso improvviso del pilastro per schiacciamento.
Nodi trave-pilastro non staffati: i meccanismi di rottura
La zona nodale rappresenta la regione di intersezione volumetrica tra le travi e i pilastri. Durante l’oscillazione sismica, il nodo è sottoposto a sollecitazioni di taglio spaventose dovute all’inversione dei momenti flessionali alle estremità delle travi confluenti.
Nelle prassi costruttive di anni fa, all’interno del nodo non venivano inserite staffe. Questa totale assenza di armatura trasversale porta alla crisi del nodo secondo due precise cinematiche di collasso fragile:
- rottura per trazione diagonale: le tensioni principali di trazione superano la resistenza a trazione del calcestruzzo, generando una fessura diagonale a “X” che disgrega il pannello nodale;
- rottura per compressione diagonale: Il puntone di calcestruzzo che si forma diagonalmente per trasmettere gli sforzi si schiaccia per superamento della resistenza a compressione.
Meccanismo a piano soffice (Soft-Storey): il ruolo delle tamponature e la concentrazione delle deformazioni
La rigidezza del piano di un edificio dipende sia dagli elementi strutturali (pilastri, setti) sia da quelli non strutturali (tamponature, generalmente in laterizio). Negli edifici in C.A. di alcuni anni fa, è frequente la configurazione con piano terra destinato a spazi commerciali o autorimesse, caratterizzato da ampie aperture e pochissime pareti di tamponamento, mentre i piani superiori sono densamente suddivisi da tramezzature e tamponature esterne continue.
Sotto l’effetto del sisma, i piani superiori si comportano come un blocco rigido di gran lunga meno deformabile rispetto al livello basale. Le deformazioni e le richieste di duttilità si concentrano principalmente sui pilastri del piano terra. Se questi pilastri non possiedono una sovra-resistenza geometrica o un confinamento notevole, subiscono la simultanea plasticizzazione delle estremità superiori e inferiori. Si attiva così un meccanismo di collasso di piano, caratterizzato dallo spostamento laterale e dal conseguente abbattimento flessionale del livello, con il crollo progressivo dei piani soprastanti che rimangono geometricamente integri ma privi di appoggio.
…
Dai meccanismi di degrado ai danni osservati sul campo: quali indicazioni per il tecnico? Nel PDF integrale, Antonio Castellano approfondisce le esperienze nei terremoti di L’Aquila, Emilia e Centro Italia, collegando le carenze costruttive ai meccanismi di collasso. La trattazione prosegue con i segnali da riconoscere nei sopralluoghi, il ruolo delle indagini diagnostiche, i presidi di messa in sicurezza e le possibilità di intervento preventivo.
Scarica il PDF per proseguire la lettura e approfondire il rapporto tra degrado, danno sismico e sicurezza delle strutture esistenti.
FAQ TECNICHE: Cemento armato esistente: degrado e vulnerabilità sismica
1. Qual è il rapporto tra degrado del cemento armato e vulnerabilità sismica?
Il degrado riguarda l’evoluzione delle condizioni dei materiali; la vulnerabilità sismica riguarda la propensione della costruzione a subire danni sotto l’azione del terremoto.
La corrosione può ridurre la sezione delle armature e compromettere aderenza e confinamento.
Questi effetti possono aggravare le carenze originarie, ma la loro incidenza va valutata sulla specifica struttura.
2. In quali edifici è prioritario approfondire questo rapporto?
Negli edifici in c.a. con segni di corrosione, distacchi del copriferro, infiltrazioni o dettagli costruttivi scarsamente documentati.
Meritano attenzione anche i telai con piano terra aperto e i prefabbricati con collegamenti carenti.
L’epoca di costruzione orienta l’indagine, ma non consente da sola di attribuire un livello di sicurezza.
3. Quali norme sono pertinenti alle indagini sul calcestruzzo esistente?
La UNI EN 13791:2019 riguarda la valutazione della resistenza a compressione in sito, anche attraverso la correlazione tra prove indirette e carote.
La UNI EN 12504-2:2021 disciplina la determinazione dell’indice sclerometrico.
La UNI EN 14630:2007 riguarda la misurazione della profondità di carbonatazione mediante fenolftaleina. Queste norme di prova non sostituiscono la valutazione strutturale dell’edificio.
4. Quale vantaggio offre una diagnosi prima del progetto di rinforzo?
Consente di distinguere le patologie dei materiali dalle carenze dei dettagli costruttivi e dei collegamenti.
Orienta la scelta delle indagini e permette di fondare il progetto sulle condizioni effettivamente rilevate.
Il beneficio consiste nella maggiore coerenza tra problema individuato, modello strutturale e intervento previsto, senza attribuire a una singola prova capacità diagnostiche universali.
5. Quali informazioni servono per progettare un intervento su pilastri e nodi degradati?
Occorre conoscere geometria, armature longitudinali e trasversali, condizioni del calcestruzzo e stato di corrosione.
Vanno inoltre ricostruiti il ruolo dell’elemento nella struttura e i possibili meccanismi di crisi.
Il ripristino del copriferro, il confinamento e il rinforzo a taglio rispondono a esigenze differenti: materiali, ancoraggi e verifiche devono essere definiti nel progetto.
6. Quali controlli aiutano a seguire l’evoluzione del degrado?
Sono utili ispezioni documentate di fessurazioni, distacchi, infiltrazioni e armature esposte, integrate dalle indagini necessarie.
La profondità di carbonatazione va letta insieme al copriferro misurato e alle condizioni di esposizione.
Periodicità e contenuto dei controlli devono essere definiti per la specifica costruzione; non emerge dal documento un intervallo valido per tutti gli edifici.
7. Quali errori evitare nell’interpretazione dei danni e delle prove?
Non ricavare la resistenza del calcestruzzo dal solo indice sclerometrico senza una correlazione appropriata.
Non considerare l’assenza di danni visibili equivalente all’assenza di vulnerabilità.
Non assimilare il giudizio AeDES a una verifica completa della sicurezza strutturale: l’agibilità post-sismica è una valutazione temporanea e speditiva, basata sul giudizio esperto e sulle informazioni accessibili.