Il CFAP

Il ricorso al cemento armato ha rivoluzionato la storia della costruzione del Novecento in virtù del suo basso costo di costruzione. L’esperienza mostra tuttavia che le parti di strutture in cemento armato esposte all’acqua e ai sali di disgelo hanno una durabilità limitata e presentano danni prematuri generati in primo luogo dalla corrosione dell’armatura o dalla reazione alcali-aggregato (RAA). A questo proposito, il materiale CFAP,¹ un composito cementizio fibrorinforzato ad altissime prestazioni, permette di migliorare le strutture in cemento per rinforzarle e proteggerle allo scopo di prolungare stabilmente il loro utilizzo.

Problemi ricorrenti del cemento armato

Come dimostra il caso di numerosi cantieri che riguardano infrastrutture, in particolare nell’ambito stradale, la durabilità delle strutture in cemento armato deve essere messa in discussione. I danni alle opere in cemento armato vengono sistematicamente «riparati» dagli anni Ottanta, e la fine di questi interventi non sarà a breve termine.

Questo articolo è la rielaborazione di un saggio apparso in «Tracés» 2/2018.
Qui il testo originale.

Molti ingegneri e professionisti ammettono che questi danni e i cantieri di restauro sono normali e propri al cemento armato. In realtà, essi aumentano il costo delle opere in cemento armato poiché questi costi di manutenzione, che non aggiungono valore all’utilizzo dell’opera, sono spesso simili al costo di costruzione iniziale, senza contare i costi indiretti relativi alle restrizioni e interruzioni nell’uso dell’infrastruttura durante questi interventi. Il risparmio realizzato al momento della costruzione iniziale delle opere in cemento armato viene rapidamente meno, e i costi ricadono sulla generazione futura per circa 30 anni dopo la costruzione iniziale.

Inoltre, i mezzi di manutenzione tradizionali, come il risanamento con malte o l’applicazione di sottili strati di intonaco a base di resina epossidica, sono spesso deludenti, sia in termini di durata che di estetica. Lo stesso vale per le membrane d’impermeabilizzazione sulle piattebande dei ponti, che hanno una durata di vita limitata a circa 20 anni. Lo stesso danno si osserva anche sulle strutture recenti, dove un maggiore rivestimento dell’armatura, essendo l’unica misura adottata per garantire la durata delle nuove costruzioni, si rivela insufficiente per impedire la corrosione del cemento armato.

Sulla base di queste osservazioni, si deve alla fine concludere che il calcestruzzo armato non è un materiale da costruzione adatto per parti di strutture esposte ad azioni ambientali, e in particolare ai sali di disgelo. Al fine di garantire la durata di vita richiesta, la costruzione in cemento armato e le strutture esistenti, specialmente quelle a contatto diretto con l’acqua, dovrebbero essere sostanzialemente migliorate da una nuova tecnologia che fornisca al calcestruzzo armato una protezione duratura e resistente contro le infiltrazioni d’acqua.

Né acciaio, né calcestruzzo: CFAP

La storia della costruzione ci insegna che l’arrivo di un nuovo materiale da costruzione è sempre stato all’origine di un importante progresso tecnologico.

Il CFAP è un composto cementizio fibrorinforzato ad alte prestazioni. Il CFAP non è né acciaio, né calcestruzzo. La sua matrice cementizia, composta di particelle fini di diametro inferiore a 1 mm, è arricchita da un importante volume di fibre sottili di acciaio di una lunghezza di circa 15 mm. Questa miscela rende il CFAP altamente resistente e gli conferisce la sua duttilità. L’ottimizzazione della sua composizione con particelle fini permette di ottenere un materiale compatto e impermeabile all’acqua, anche sotto sollecitazioni di trazione fino al 1.5‰ di deformazione. Le proprietà meccaniche, la duttilità e la durata del CFAP sono quindi di gran lunga superiori a quelle del cemento armato. Il CFAP è un materiale adatto e compatibile per rendere le strutture in calcestruzzo durevoli e più resistenti alle azioni ambientali e del traffico stradale.

Il CFAP è stato inventato nei primi anni Ottanta dal ricercatore di calcestruzzo Hans-Henrik Bache in Danimarca. Da allora, le ricette sono costantemente evolute fino ad oggi, facendolo diventare un materiale dalle prestazioni eccezionali. Dal 1999, l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne analizza il materiale CFAP e il comportamento strutturale degli elementi misti in cemento CFAP.

L’obiettivo è quello di completare degli elementi di costruzione in cemento armato tradizionale con uno strato di CFAP al fine di proteggere le superfici altamente esposte e rinforzare gli elementi altamente sollecitati. Il concetto di base consiste nel coprire tutte le superfici in cemento armato esposte al contatto diretto con l’acqua con uno strato di CFAP. Lo spessore di questo strato dipende dall’intensità dell’esposizione e dalla necessità di incorporare le barre dell’armatura nello strato di CFAP.

L’intervento al CFAP permette di ottenere la durabilità richiesta e una maggiore resistenza delle strutture in cemento armato. L’uso mirato del CFAP aggiunge così valore alla struttura in cemento armato e permette di rafforzarlo e di prolungarne la durata di utilizzo.

Dalla sua prima applicazione al ponte sur la Morge di Sion (VS) nel 2004, in Svizzera, molte strutture in cemento armato sono state rinforzate e sigillate con il CFAP. Si contano ad oggi più di 150 opere. La tecnologia si è affermata nella professione. La più grande applicazione è avvenuta nel 2014-2015 durante il consolidamento dei viadotti di Chillon. Questo intervento, ampiamente documentato e mediatizzato, ha permesso di dimostrare i punti di forza del CFAP in Svizzera e all’estero.

Il valore aggiunto ai viadotti di Chillon è certamente un inevitabile riferimento mondiale per le applicazioni CFAP, ma tende, per la sua natura eccezionale, a far passare in secondo piano gli usi più comuni. Ecco perché i vantaggi di questa tecnologia vengono qui illustrati anche attraverso le recenti realizzazioni in Svizzera, di dimensioni più modeste e probabilmente sconosciute da molti professionisti.

Viadotto di Chillon, Veytaux, Vaud: applicazione su scala territoriale

Questi viadotti autostradali in calcestruzzo precompresso, sulle sponde del Lago Lemano, hanno una lunghezza di 2,1 km e sono stati costruiti tra il 1966 e il 1969. Sono opera degli ingegneri Jean-Claude Piguet, Roland Hofer e Maurice Tappy, in collaborazione con l’ingegnere francese Jean Muller, allievo del celebre Eugène Freyssinet. Si tratta dei primi viadotti svizzeri realizzati a sbalzo utilizzando conci prefabbricati di geometria complessa e applicando tecnologie di costruzione innovative per l’epoca, come l’uso di resina epossidica per assemblare e sigillare i conci e l’uso di guaine di precompressione in materia plastica.

Per motivi finanziari, i costruttori dell’autostrada verso il Vallese hanno optato – a seguito di un concorso – per un progetto che fosse convincente sul piano economico e tecnico, oltre che su quello estetico, con due viadotti indipendenti che seguivano delicatamente la topografia staccandosi il più possibile dal paesaggio naturale. Il numero di doppi piloni, con un’altezza massima di 50 m, è stato ridotto al minimo; le portate arrivano fino a 104 m. La sezione del ponte è elegante e originale: con una lastra a sbalzo inclinata, essa accentua l’impressione di snellezza di questi viadotti audaci, permettendo così un fertile dialogo e un rapporto di armonia con il castello. I viadotti di Chillon sono tra i più importanti testimoni dell’era della costruzione autostradale in Svizzera. Sono quindi monumenti di eccezionale valore.

Come per la maggior parte delle strutture in cemento armato, un degrado importante e precoce ha richiesto degli interventi per soddisfare le crescenti esigenze del traffico stradale. Per ridurre al minimo i costi di intervento, l’Ufficio federale delle strade ha utilizzato, nel 2014 e nel 2015, la nuova tecnologia CFAP sviluppata all’EPFL. Uno strato di CFAP armato di 50 mm è stato gettato sulla piattabanda del viadotto attraverso un procedimento originale, senza modificare l’aspetto della struttura, al fine di aumentare la sua capacità portante e la sua durabilità. Con questo intervento innovativo su larga scala, vincitore di un premio internazionale, i viadotti di Chillon sono oggi un riferimento mondiale imprescindibile nel campo dell’ingegneria dei ponti.

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Traduzione di Paola Tosolini

Nota

1. Calcestruzzo fibrorinforzato ad altissime prestazioni (CFAP).

Bibliografia

• E. Brühwiler, C. Oesterlee, D. Redaelli (a cura di), CFAP: concevoir, dimensionner, construire; Acte de la 3ème Journée Suisse du BFUP, Fribourg 24 ottobre 2019 (con contributi in tedesco e francese), Haute école d’ingénierie et d’architecture Fribourg (EIA-FR) et Berner Fachhochschule (BFH-AHB), ISBN 978-3-906878-07-2
• Quaderno tecnico SIA 2052, CFAP – Materiali, dimensionamento ed esecuzione, SIA Zurigo, 2016.