Nuove miscele di calcestruzzo e strumenti di progettazione prolungano la durata delle infrastrutture energetiche
La durata di vita prevista per i grandi progetti di ingegneria è in aumento: se un tempo la durata prevista era di 25 anni per le infrastrutture energetiche, 50 anni per gli edifici e più di 75 anni per i ponti, ora si richiede ai progettisti di raggiungere una durata di vita di 100 anni o più. Questo per motivi di costo. L’investimento nella longevità in fase di costruzione si ripaga a lungo termine rispetto alle riparazioni successive delle strutture. Inoltre le infrastrutture si stanno spostando in luoghi non tradizionali, come il mare aperto. Molti di questi luoghi sono ostili alle infrastrutture. Ad esempio, l’aria di mare è altamente corrosiva; alcuni luoghi possono essere soggetti a condizioni di congelamento e abrasione da ghiaccio, calore estremo o pressioni intense. Nonostante queste sfide, il requisito della longevità dell’infrastruttura è ancora valido.
Nanomateriali per miscele di cemento armato
Una chiave per raggiungere questo requisito è rappresentata da nuovi materiali. Il progetto LORCENIS, finanziato dall’UE, ha sviluppato una nuova formula per il cemento armato di lunga durata, destinato alle infrastrutture energetiche, creando una nuova miscela che raddoppia la precedente durata del calcestruzzo, anche in condizioni estreme di temperatura, pressione, salinità e acidità (ad es. impianti di depurazione). Il nuovo calcestruzzo viene mescolato e versato normalmente. La differenza fondamentale è rappresentata dai nuovi additivi nanostrutturati che i ricercatori di LORCENIS hanno sviluppato. «Permettono al calcestruzzo indurito di auto-ripararsi, attraverso una reazione di precipitazione del carbonato di calcio», spiega Christian Simon, coordinatore di LORCENIS. Gli additivi permettono anche al calcestruzzo di autopolimerizzarsi, cioè di indurirsi. «Gli additivi attenuano quindi il restringimento e la formazione di crepe. Aumentano anche la resistenza al gelo e al disgelo, riducendo al contempo la permeabilità all’acqua e l’assorbimento», aggiunge Simon. I nanomateriali fungono inoltre da sensori. Grazie al supporto software, i sensori consentono alle strutture civili di rilevare e monitorare le sollecitazioni, e quindi di autodiagnosticare la propria salute strutturale.
Prestazioni superiori
Un secondo elemento chiave della durata di vita prolungata è il miglioramento degli strumenti di progettazione. I ricercatori di LORCENIS hanno sviluppato e convalidato un nuovo approccio di modellizzazione, integrato in uno strumento software di ingegneria chiamato «SEBASTOS», che semplifica notevolmente il tempo di calcolo richiesto nella progettazione. Lo strumento aiuta quindi i progettisti a prevedere e ottimizzare il cemento armato in ambienti altamente corrosivi. Durante l’ultimo anno del progetto, i ricercatori hanno testato il nuovo materiale su dimostratori su scala pilota preparati con la nuova miscela di calcestruzzo. I test hanno rispecchiato le condizioni estreme che si possono riscontrare in ciascuno dei quattro scenari ambientali del progetto: infrastrutture in calcestruzzo in acque profonde e zone (sub)artiche, sottoposte a stress meccanico, esposte a stress termico ad alte temperature e soggette ad attacco acido. «I nostri risultati sono stati eccezionali», osserva Simon. «Il nanomateriale ha riparato completamente una crepa del cemento, lasciandolo forte e in buone condizioni. Abbiamo anche ottenuto una resistenza all’abrasione da ghiaccio tre volte migliore rispetto al normale calcestruzzo. Nel calcestruzzo esposto ai venti e alle correnti oceaniche, la nuova miscela ha ridotto del 50 % la concentrazione di cloruro intorno al cemento armato in acciaio», afferma Simon. Infine, i test hanno mostrato un miglioramento del 40 % delle capacità di auto-riparazione del calcestruzzo sottoposto a pressione idraulica, per larghezze di fessurazione fino a 0,15 mm. La funzionalità del materiale di calcestruzzo di nuova concezione è stata verificata, innalzando il livello di maturità tecnologica (TRL) dalla prova di concetto (TRL3) alla dimostrazione tecnologica (TRL6 7). I partner di LORCENIS hanno aderito a nuove iniziative, finanziate sia dall’UE che dai governi nazionali, per proseguire nello sviluppo. Il risultato di LORCENIS è un calcestruzzo con buone prestazioni e che dura molto più a lungo, anche in ambienti estremi. Ciò contribuirà a rendere più fattibili i progetti infrastrutturali in tali ambienti.
Parole chiave
LORCENIS, calcestruzzo, infrastrutture energetiche, longevità, condizioni estreme, nanomateriali