Il rapporto illustra attività svolte nell’ambito del Progetto ASISGEN ("Affidabilità e Sicurezza dei Sistemi di Generazione") della Ricerca di Sistema, in particolare nell’ambito del sottoprogetto DEGRADO, che ha i seguenti obiettivi principali: • sviluppo, sperimentazione e validazione di metodologie finalizzate allo studio, alla caratterizzazione ed alla diagnosi del degrado dei materiali e dei componenti che concorrono a realizzare le infrastrutture civili degli impianti di generazione (ciminiere, torri di raffreddamento, camini, fondazioni ecc.) • sviluppo e validazione di metodologie di previsione della evoluzione nel tempo dei fenomeni di degrado di cui al punto precedente, in funzione della durata e delle specifiche condizioni di esercizio • sviluppo e validazione di metodologie di verifica mediante calcolo del comportamento statico e dinamico e della stabilità di tali infrastrutture e dei loro componenti principali • definizione e verifica di interventi di ripristino o di adeguamento strutturale per il mantenimento in esercizio delle infrastrutture civili in condizioni di sicurezza • messa a punto e validazione di metodologie di ripristino, avvalendosi anche dell’impiego di materiali innovativi. L’obiettivo finale è rendere disponibili: • metodi e strumenti efficaci di indagine – in sito e in laboratorio – per la diagnosi del degrado dei materiali • criteri affidabili di valutazione dell’integrità, ulteriore esercibilità e vita residua delle infrastrutture civili degli impianti di generazione, con il risultato di ridurre i costi di gestione di tali opere – senza pregiudizio per il livello di affidabilità e sicurezza – attraverso il prolungamento della loro vita utile di esercizio e l’ottimizzazione degli interventi di manutenzione. In particolare, nell’ambito del programma di lavoro 2001 del sottoprogetto DEGRADO, la ricerca è focalizzata sui seguenti temi: a) Valutazione del comportamento statico e dinamico del calcestruzzo b) Diagnosi del degrado del calcestruzzo con riferimento alle problematiche di fessurazione indotta dalle sollecitazioni termiche c) Materiali innovativi di rinforzo strutturale d) Tecniche innovative di indagine per la valutazione del comportamento di geosintetici in sistemi barriera

Il presente rapporto si inquadra nell’ambito della tematica di cui al punto b) e riguarda la messa a punto e la validazione di una metodologia e di un’apparecchiatura innovativa di prova (“Temperature Stress Testing Machine”), finalizzata a simulare in laboratorio le condizioni di presa e di indurimento del calcestruzzo, sia dal punto di vista termico che dei vincoli esercitati sulla struttura. Le strutture in calcestruzzo sono sottoposte durante la fase di presa e di indurimento a sollecitazioni termomeccaniche di trazione, che ne costituiscono la principale causa di fessurazione. Tali sollecitazioni sono conseguenza delle reazioni chimico-fisiche che si sviluppano durante l’idratazione del cemento e che danno luogo a sviluppo di calore, con iniziale progressivo aumento della temperatura, e a ritiro autogeno, dovuto al graduale processo di auto-essiccazione del calcestruzzo. Il calcolo delle sollecitazioni che si generano nelle strutture in calcestruzzo durante la fase di idratazione, e del correlato rischio di fessurazione, richiede quindi la conoscenza dei parametri meccanici del materiale (modulo elastico, resistenza a trazione), dei parametri termo-meccanici (coefficiente di dilatazione termica lineare) e della loro evoluzione nel tempo, nonché delle modalità di evoluzione dei fenomeni di ritiro e del rilassamento del calcestruzzo a seguito degli effetti di creep. Non tutti questi parametri sono ad oggi sufficientemente attendibili, con riferimento in particolare al ritiro autogeno ed ai fenomeni di creep del calcestruzzo in fase di maturazione. Peraltro, qualunque codice di calcolo, per quanto accurato, che non si avvalga di altrettanto accurati modelli di comportamento del materiale, non potrà fornire risultati adeguati ai fini della determinazione del rischio di fessurazione delle strutture in calcestruzzo. Una valida alternativa è costituita dalla determinazione diretta in laboratorio del rischio di fessurazione attraverso speciali apparecchiature, denominate “Temperature Stress Testing Machine” (TSTM), che consentono di simulare, in condizioni rigorosamente controllate, le reali fasi di maturazione del calcestruzzo, gli effetti dei vincoli sulla struttura e l’effettiva storia termica del materiale. La validazione di tali dispositivi di test è stata affrontata attraverso un programma di prove "Round-Robin" tra laboratori europei (’ENEL.HYDRO; Università di Delft – Olanda -; Università di Luleå – Svezia -, Università di Trondheim – Norvegia -, IBMB – Germania -).che hanno in dotazione simili apparecchiature. Il rapporto contiene una descrizione dettagliata della TSTM in dotazione ai laboratori di ENEL.HYDRO, della relativa metodologia di test, del programma di prove sperimentali e dei risultati ottenuti. Sebbene le metodologie di prova adottate nei vari laboratori siano simili, le modalità di funzionamento dell’apparecchiatura, di applicazione dei vincoli e la forma e dimensione dei provini variano da laboratorio a laboratorio. Ciononostante i risultati hanno messo in evidenza un funzionamento soddisfacente delle singole apparecchiature: le tre fasi che caratterizzano la prova TSTM sono ben distinte e non si evidenziano i temuti fenomeni di “slip” del campione, che pregiudicano irrimediabilmente i risultati di misura. Per rendere comparabili i risultati si è adottata un’unica miscela di calcestruzzo ad alte prestazioni, si sono definite le modalità di esecuzione degli impasti e sono state date indicazioni sulle modalità di prova. Il confronto dei risultati ha mostrato differenze nelle curve di sollecitazione, che non sembrano imputabili a problemi di riproducibilità interlaboratorio, bensì a fattori esterni alla prova TSTM, quali modalità e tempi di preparazione del provino, che incidono in misura maggiore nelle fasi di presa e di indurimento del calcestruzzo che non sul materiale completamente indurito.

I risultati ottenuti evidenziano che l’apparecchiatura TSTM consente di simulare efficacemente in laboratorio le sollecitazioni termiche prodotte da restraint, sintetizzando gli effetti concomitanti di svariati fenomeni che si generano nel calcestruzzo in fase di maturazione (sviluppo delle proprietà meccaniche, fenomeni di creep alle basse e bassissime stagionature, ritiro autogeno), così come la necessità di disporre di una procedura più rigorosa al fine di uniformare quanto più possibile tutte le fasi di prova.