Modellazione del degrado dovuto alla reazione alcali silice in strutture di calcestruzzo

In questo lavoro si affronta lo studio del degrado meccanico di strutture in calcestruzzo causato dalla reazione alcali-silice (ASR). In presenza di acqua gli alcali presenti nella matrice cementizia e la silice di forma reattiva contenuta in alcuni tipi di aggregati reagiscono: viene prodotto un gel espansivo (ASR-gel) il quale causa micro-fessurazione. Strutture esistenti affette da ASR, generalmente, necessitano di interventi di manutenzione straordinaria al fine di ripristinarne la funzionalità d’esercizio e la sicurezza. Per simulare l’espansione e il decadimento di rigidezza e resistenza del calcestruzzo viene proposto un modello isotropo chemo-termo-idro-meccanico a danno. Il calcestruzzo è concepito come un mezzo bifase: scheletro solido omogeneizzato e gel espansivo. In una precedente formulazione la cinetica della reazione chimica era governata solo dalla temperatura. In questa sede viene introdotta anche la dipendenza dal grado di saturazione. I parametri fondamentali del modello sono stati calibrati sulla base dei risultati sperimentali documentati nella recente letteratura. Il legame costitutivo è stato implementato nel codice a elementi finiti Abaqus ed è stato utilizzato per effettuare l’analisi meccanica di strutture in calcestruzzo affette da ASR: delle travi in semplice appoggio, armate e non, soggette ad un gradiente unidirezionale di umidità ed una diga a gravità, modellata in deformazione piana, sottoposta a variazioni stagionali sinusoidali di temperatura, umidità relativa e livello dell’invaso. I risultati numerici ottenuti mostrano un buon accordo qualitativo con alcuni dati sperimentali riportati in letteratura e indicano l’importanza di includere la dipendenza dal grado di saturazione nella modellazione dell’ASR quando questa si verifica in strutture non massive.