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5.2.3-Studi sperimentali per la valutazione della reazione alcali-aggregato nel calcestruzzo

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5.2.3-Studi sperimentali per la valutazione della reazione alcali-aggregato nel calcestruzzo

Diverse possono essere le cause responsabili del deterioramento delle strutture in calcestruzzo di un impianto di produzione idroelettrico: tra queste il fenomeno espansivo associato alla reazione alcali- aggregato, ed in particolare alla reazione alcali-silice (A-S). Esso si sviluppa all’interno del calcestruzzo in cui siano stati utilizzati aggregati contenenti fasi reattive agli alcali e può risultare particolarmente dannoso, anche sulla base della recente esperienza, in quanto il rigonfiamento ad esso associato può provocare anomale derive degli spostamenti del coronamento delle dighe, disallineamenti, problemi di movimentazione agli organi di manovra degli scarichi ed estesi stati fessurativi. I fenomeni degradativi connessi con lo sviluppo della reazione espansiva alcali-silice (A-S) sono fondamentalmente legati, oltre al grado di umidità relativa della struttura, al livello di reattività agli alcali degli aggregati utilizzati, al contenuto di alcali del calcestruzzo (espresso comunemente come kg Na 2 Oeq/m 3 ) e allo stato tensionale della struttura. L’attività di ricerca condotta si è concentrata su due specifici aspetti di questa problematica: il rilascio degli alcali da parte degli aggregati del calcestruzzo, rilascio che va ad incrementare il contenuto iniziale di alcali del conglomerato stesso, e l’influenza dello stato tensionale di compressione sui fenomeni espansivi provocati dallo sviluppo della reazione. Poiché allo stato attuale, non esiste ancora alcuna metodologia di prova standardizzata per la valutazione di questi due aspetti, sono stati innanzitutto individuati e messi a punto dei metodi di prova idonei allo scopo e, attraverso di essi, è stata condotta una duplice indagine sperimentale. Oltre che validare i metodi di prova proposti, gli obiettivi sono stati quelli di quantificare l’effetto del rilascio degli alcali nel calcestruzzo e di sviluppare, su base empirica, correlazioni tra espansione libera e contrastata e contenuto di alcali del calcestruzzo, utili in fase di diagnosi e di valutazione delle condizioni di sicurezza attuale e futura di dighe soggette a reazione alcali-aggregato. Sebbene il rilascio percentuale di alcali da parte degli aggregati esaminati (tre diverse tipologie di aggregati caratterizzati da significative differenze nella reattività agli alcali) sia stato sempre abbastanza modesto (non superando il 3,4% come Na 2 Oeq), l’entità di questo rilascio non può essere trascurata. Infatti, in termini di kg Na 2 Oeq/m 3 , per una tipica formulazione di calcestruzzo per diga, il contributo di alcali da parte degli aggregati esaminati produrrebbe un incremento del contenuto di alcali del calcestruzzo di 0,6-1,0 kg Na 2 Oeq/m 3 , incremento tutt’altro che trascurabile se si tiene presente che la reazione espansiva alcali-silice si innesca bruscamente quando il contenuto di alcali del calcestruzzo supera il valore del livello di soglia, LSA, dell’aggregato utilizzato. Il comportamento espansivo del calcestruzzo, in termini di espansione o di pressione espansiva, in condizioni di espansione sia libera che contrastata, può essere soddisfacentemente previsto sulla base

della differenza tra il contenuto di alcali del calcestruzzo, Lac, ed il livello di soglia degli alcali, LSA, dello specifico aggregato utilizzato per il calcestruzzo, differenza che costituisce, per l’appunto, la forza motrice del processo espansivo. Per tutte le formulazioni di calcestruzzo investigate, si è riscontrata una diretta proporzionalità tra espansione libera e pressione espansiva. Il valore più alto di pressione espansiva (5,90 MPa) è stato ottenuto proprio per il calcestruzzo più espansivo, formulato con un contenuto di alcali, Lac, di 7,5 kg Na 2 Oeq/m 3 ed un aggregato siliceo avente un valore del livello di soglia degli alcali, LSA, di 4,7 kg Na 2 Oeq/m 3 , cioè con una forza motrice del processo espansivo, Lac-LSA, di 2,8 kg Na 2 Oeq/m 3 . In condizioni contrastate, la pressione espansiva generata dal gelo della reazione A-S si riduce sensibilmente al crescere del carico specifico di compressione applicato e si sviluppa in maniera anisotropa, con direzione preferenziale trasversale a quella di applicazione del carico. La riduzione della pressione espansiva al crescere del carico di compressione applicato può essere spiegata con un aumento di porosità del calcestruzzo dovuto a microfessurazioni conseguenti al carico applicato e con una riduzione del volume specifico del gelo espansivo A-S formatosi. Quest’ultima riduzione potrebbe essere, a sua volta, dovuta ad un rallentamento della velocità di formazione del gelo A-S, ad opera del carico applicato.

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