Durabilità del calcestruzzo: cosa significa davvero e come si progetta un materiale resistente nel tempo

Il calcestruzzo è uno dei materiali da costruzione più utilizzati in assoluto. La sua diffusione capillare in ambito edilizio e infrastrutturale deriva da un equilibrio difficilmente eguagliabile tra resistenza meccanica, versatilità applicativa, adattabilità a geometrie diverse, semplicità realizzativa ed economicità, qualità che ne hanno consolidato il ruolo centrale nel panorama costruttivo contemporaneo.

Proprio questa centralità impone una riflessione sul suo comportamento nel tempo. Il calcestruzzo è un materiale intrinsecamente resistente, ma la sua durabilità dipende da come viene progettato, confezionato, messo in opera e adeguatamente maturato.

La durabilità del calcestruzzo è la capacità del materiale di conservare nel tempo le proprie caratteristiche fisiche, meccaniche e chimiche, mantenendo inalterati i livelli di sicurezza e funzionalità previsti in fase di progetto per l’intera vita nominale dell’opera, come richiamato anche dalla Circolare esplicativa delle NTC 2018. Dal punto di vista tecnico, coincide con l’attitudine del calcestruzzo a resistere alle azioni aggressive dell’ambiente di esposizione e ai processi di degrado che possono coinvolgere la matrice cementizia e gli aggregati e, nel caso del calcestruzzo armato, anche le armature metalliche. Concretamente, essa si traduce nella capacità del materiale di limitare la penetrazione e l’azione di agenti aggressivi quali ossigeno, anidride carbonica, ioni cloruro, solfati, altre sostanze chimicamente aggressive che ne compromettono l’integrità nel tempo, in accordo con la norma EN 206 e con quella italiana UNI 11104:2025, per le quali il livello di rischio per una determinata opera dipende dall’ambiente cui la stessa è esposta.

In tutti questi processi, il denominatore comune è la presenza di acqua. L’acqua è infatti il mezzo attraverso cui avviene il trasporto degli agenti aggressivi nella matrice cementizia ed è anche responsabile dei cicli gelo-disgelo. Ridurre la porosità e permeabilità del calcestruzzo significa quindi rallentare in modo significativo i processi di deterioramento.

In linea generale, la strategia per incrementare la durabilità del calcestruzzo – e quindi la sua capacità di mantenere prestazioni nel tempo – è ridurre la porosità “utile al trasporto”, cioè la presenza di vuoti e pori connessi attraverso cui acqua e aggressivi possono migrare.

In pratica, l’obiettivo è ridurre la quantità di vuoti presenti nella matrice cementizia e limitarne la connettività. Questo si ottiene principalmente riducendo la quantità di acqua nella miscela di calcestruzzo (rapporto acqua/cemento), perché l’acqua in eccesso rispetto a quella necessaria all’idratazione lascia, nella fase di indurimento, una rete di pori capillari interconnessi. Meno pori capillari connessi significa minore permeabilità e quindi minore velocità di penetrazione di CO₂, cloruri e solfati. In questo modo, infatti, si ottiene una matrice più compatta e resistente (la resistenza a compressione è correlabile alla porosità del materiale) e meno permeabile agli agenti aggressivi che ne attivano il degrado.

È importante precisare che porosità non è sinonimo di permeabilità. Un materiale può essere poroso ma poco permeabile se i pori sono prevalentemente chiusi o non connessi; tuttavia, un calcestruzzo permeabile è sempre poroso. In termini di durabilità, ciò che conta è la porosità capillare connessa e la qualità complessiva della microstruttura.

La durabilità, oggi, rappresenta un aspetto imprescindibile per qualsiasi struttura ed è una caratteristica fondamentale ai fini della sua sicurezza e sostenibilità. Un degrado prematuro, infatti, comporta conseguenze tecniche ed economiche importanti e impatta fortemente sui costi della struttura durante la sua vita, a causa dell’aumento della probabilità e dell’entità degli interventi di restauro e ripristino che sono propri di una manutenzione straordinaria o addirittura di ricostruzione.

Il concetto di vita utile di una struttura è strettamente legato alla durabilità che la stessa è capace «di mantenere, nell’arco della vita nominale di progetto, i livelli prestazionali per i quali è stata progettata, tenuto conto delle caratteristiche ambientali in cui si trova e del livello previsto di manutenzione», secondo le NTC 2018 (paragrafo 2.1 – Principi fondamentali).

Ai fini della corretta progettazione di un’opera, risulta quindi fondamentale tenere conto delle caratteristiche ambientali relativamente l’ubicazione della struttura e della manutenzione programmata della stessa.

La vita utile della struttura dipende tanto dalla durabilità, e quindi dalle caratteristiche del calcestruzzo con cui viene realizzata quanto dalle scelte progettuali e costruttive, nonché dalle misure di protezione e manutenzione dell’opera. In questo scenario, la tecnologia del calcestruzzo ha fatto passi da gigante e ha reso disponibili materiali sempre più prestazionali.

Un calcestruzzo durevole, adeguatamente progettato, può contribuire all’incremento della capacità delle strutture di “conservarsi nel tempo”, garantendo l’allungamento della loro vita utile, minori spese di manutenzione e maggiore sicurezza e godibilità per chi ne usufruisce.

Secondo quanto previsto dalle norme UNI EN 206 e UNI 11104:2025, il livello di rischio cui è soggetta un’opera in calcestruzzo è strettamente correlato alle condizioni ambientali di esposizione. Le norme classificano gli ambienti in funzione dei meccanismi di degrado potenzialmente attesi per il calcestruzzo e per le armature, individuando sei classi di esposizione: XO, XC, XD, XS, XF e XA. Per ciascuna di esse – ad eccezione della classe XO – sono previste ulteriori articolazioni in sottoclassi (Tabella 1), che tengono conto dell’intensità e della specificità dell’azione aggressiva.

A ogni classe di esposizione, esclusa la XO, corrisponde l’obbligo di rispettare determinati requisiti minimi di composizione e prestazione del calcestruzzo. I parametri prescrittivi relativi alla durabilità – quali, ad esempio, il rapporto massimo acqua/cemento, il contenuto minimo di cemento e la classe di resistenza – sono riportati nel Prospetto 6 della UNI 11104:2025, che costituisce il riferimento tecnico per la definizione dei requisiti necessari a garantire la durabilità delle strutture nelle diverse condizioni ambientali.

Entrata in vigore a luglio 2025 sostituendo la versione 2016, la nuova UNI 11104:2025, che definisce le specificazioni complementari per l’applicazione della EN 206 in Italia, porta con sé importanti novità, soprattutto in tema di durabilità e sostenibilità ambientale.

Dal punto di vista operativo, centrale per progettisti e imprese è l’attenzione alla durabilità con rapporti a/c e dosaggi più stringenti (fino a a/c 0,45 e 350 kg/m³ di legante per le classi di esposizione più aggressive) previsti nel Prospetto 6 che, in funzione delle classi di esposizione, riporta i valori massimi del rapporto acqua-cemento (a/c), i minimi dosaggi di legante, le classi di resistenza a compressione e il volume minimo di aria inglobata e aggregati non gelivi (solo per la classe XF) che devono essere contemporaneamente rispettati.

Rispetto ai valori prescritti, la norma apre a un approccio di tipo prestazionale offrendo comunque la possibilità di derogare purché si dimostri che il calcestruzzo garantisce prestazioni di durabilità almeno equivalenti a quelle richieste dalla norma (“durabilità equivalente”), tramite le prove UNI EN 12390-8/-10/-11 ecc. seguendo la procedura CEN/TR 16563. In altre parole, la norma ammette che la durabilità possa essere dimostrata per via prestazionale, non solo per via prescrittiva.

Nel calcestruzzo, i principali agenti responsabili dei fenomeni di degrado – la cui azione è sempre mediata dalla presenza di acqua – sono:

• anidride carbonica, responsabile del processo di carbonatazione della pasta cementizia;
• ossigeno, che interviene nei meccanismi elettrochimici di corrosione delle armature in acciaio;
• ioni cloruro, che promuovono la corrosione depassivando l’armatura;
• acidi, che possono sciogliere la matrice cementizia;
• solfati, che possono indurre reazioni espansive con i composti del cemento e fessurazione;
• alcali liberati durante l’idratazione del cemento, che in presenza di aggregati contenenti silice reattiva possono innescare la Reazione Alcali-Silice (ASR, Alkali-Silica Reaction), fenomeno espansivo responsabile di fessurazioni e perdita di prestazioni nel tempo.

In relazione alla vita utile di esercizio dell’opera, la norma di riferimento è la UNI 11417-1:2022, che mette in relazione i requisiti di durabilità delle opere e degli elementi prefabbricati in calcestruzzo con i principali fenomeni di degrado del calcestruzzo e delle armature, descrivendone cause, grado di aggressività e misure di prevenzione e mitigazione. La UNI 11417-2:2022 è invece specificamente dedicata alla reazione alcali-silice (ASR).

Gli agenti di degrado non agiscono con le stesse modalità: alcuni fenomeni sono governati prevalentemente dalla diffusione (come nel caso dei cloruri), altri dall’assorbimento capillare e dai cicli bagnato/asciutto (carbonatazione in determinate condizioni), altri ancora dalla presenza di soluzioni aggressive e dalla reattività chimica della pasta cementizia (attacco acido e solfatico). In tutti i casi, il controllo della permeabilità e del trasporto di fluidi e ioni rappresenta la principale strategia di difesa del materiale.

Un rapporto a/c ottimale è un fattore cruciale per la durabilità, ma non è l’unico. Anche la composizione del legante e l’eventuale impiego di aggiunte minerali possono incidere in modo significativo sulla microstruttura della matrice e quindi sulla durabilità del calcestruzzo.

A parità di rapporto acqua/cemento le prestazioni del calcestruzzo, in termini di durabilità e resistenza meccanica, possono migliorare grazie all’effetto pozzolanico determinato dall’aggiunta nel cemento di sottoprodotti industriali, quali la loppa d’altoforno (scarto della produzione di acciaio) e la cenere volante (derivante dal processo termico delle centrali termoelettriche a carbone), o di materiali naturali come la pozzolana (di origine vulcanica).

Questi materiali alternativi, denominati anche componenti secondari SCM (Supplementary Cementitious Materials) sostituiscono una percentuale del clinker, costituente imprescindibile del cemento comune e principale fonte di emissioni di CO2 in atmosfera, compensandone la capacità legante.

Nel cemento, infatti, l’idratazione dei silicati C3S (alite) e C2S (belite) produce silicati di calcio idrati CSH (prodotti che maggiormente contribuiscono alla resistenza meccanica finale del calcestruzzo) e idrossido di calcio CH (detto anche portlandite, priva di resistenza meccanica rilevante e a volte punto di attacco dei fenomeni di degrado, come nel caso della carbonatazione o nella lisciviazione).

Le aggiunte di componenti secondari SCM reagiscono con la portlandite, trasformandola in nuovi CSH del tutto uguali a quelli derivanti dall’idratazione del cemento che densificano la struttura porosa della matrice cementizia e rendono il calcestruzzo meno poroso, quindi meno permeabile e, di conseguenza, più durabile.

Durabilità – Effetto pozzolanico

I materiali alternativi SCM vengono principalmente impiegati nella produzione dei cementi sostenibili, come quelli della linea evoBuild di Heidelberg Materials. Si tratta di cementi tipo CEM III (con loppa d’altoforno) e tipo CEM IV (con materiale pozzolanico naturale o artificiale), denominati cementi sostenibili in quanto contribuiscono alla riduzione delle emissioni di CO₂eq e limitano il riscaldamento globale.

La gamma evoBuild è caratterizzata da prodotti a basse emissioni di CO₂ (cemento e calcestruzzo), contenenti materiali da riciclo (calcestruzzo) oppure entrambe queste due caratteristiche.

Negli ultimi anni, l’evoluzione della tecnologia del calcestruzzo ha portato alla diffusione dei cosiddetti High Performance Concrete (HPC), calcestruzzi progettati per garantire non solo elevate resistenze meccaniche, ma anche un comportamento superiore in termini di durabilità. Secondo le Linee Guida del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, i calcestruzzi ad alte prestazioni (AP) sono in generale caratterizzati da un rapporto acqua/cemento non superiore a 0,45 e da resistenze caratteristiche cubiche comprese tra 55 e 75 N/mm², mentre i calcestruzzi ad alta resistenza (AR) presentano rapporti a/c generalmente inferiori a 0,35 e resistenze ancora più elevate (75 < Rck ≤ 115 N/mm²).

La riduzione del rapporto a/c, l’impiego di additivi superfluidificanti e l’ottimizzazione del sistema legante – anche attraverso l’utilizzo di aggiunte reattive – consentono di ottenere una microstruttura particolarmente compatta, con porosità capillare ridotta e bassa permeabilità. Gli HPC risultano quindi intrinsecamente più resistenti ai meccanismi di degrado legati alla carbonatazione, alla penetrazione dei cloruri e agli attacchi chimici, configurandosi come una soluzione efficace per incrementare non solo le prestazioni strutturali, ma anche la durabilità nel lungo periodo.

Un ulteriore avanzamento tecnologico è rappresentato dai Ultra High Performance Fiber-Reinforced Concrete (UHPFRC), materiali caratterizzati da una matrice estremamente densa, bassissima permeabilità e presenza di fibre strutturali in grado di controllare la fessurazione e incrementare la duttilità. In questi calcestruzzi, la combinazione tra microstruttura raffinata e rinforzo diffuso consente di raggiungere livelli di resistenza e durabilità superiori rispetto agli HPC tradizionali, riducendo al minimo la formazione di fessure e l’ingresso di agenti aggressivi.

Una miscela con rapporto a/c ridotto e una composizione del legante coerente con le condizioni di esposizione è condizione necessaria, ma non sufficiente. La maturazione del getto consente il corretto sviluppo delle reazioni di idratazione del legante, determinando la formazione di una microstruttura compatta e poco permeabile.

Se il calcestruzzo è soggetto a disidratazione precoce nelle prime fasi, possono attivarsi fenomeni di ritiro e microfessurazione che incrementano la permeabilità, compromettendo le prestazioni di progetto. Nei calcestruzzi ad alte prestazioni, dove la qualità della microstruttura è determinante, il controllo del processo è ancora più critico. La corretta maturazione (curing) non è un passaggio accessorio, ma un fattore decisivo per consolidare la compattezza del materiale e garantirne la durabilità nel lungo periodo.

La durabilità del calcestruzzo è una prestazione ingegneristica che nasce dalla progettazione consapevole della microstruttura del materiale. Il controllo della permeabilità, attraverso la riduzione del rapporto acqua/cemento, la scelta appropriata del legante e delle eventuali aggiunte, l’impiego di additivi idonei e una corretta maturazione, costituisce il fondamento tecnico della sua capacità di opporsi ai meccanismi di degrado. Se correttamente concepito e realizzato, il calcestruzzo è un materiale intrinsecamente durevole, capace di garantire nel lungo periodo sicurezza e affidabilità alle opere.

In questa direzione si colloca l’impegno di Heidelberg Materials nella ricerca e nello sviluppo di cementi e calcestruzzi sempre più performanti, progettati per rispondere in modo mirato alle condizioni ambientali di esercizio e ai requisiti di vita utile delle infrastrutture. L’innovazione sui leganti, l’ottimizzazione delle formulazioni e il controllo dei processi produttivi rappresentano strumenti concreti per realizzare opere sempre più durevoli, resilienti e in grado di mantenere nel tempo le prestazioni per cui sono state progettate.

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