Protezione durevole dagli incendi e dalla corrosione dei ponti d’acciaio

Joachim Pflugfelder – SHERWIN-WILLIAMS

I ponti sono parte integrante delle nostre infrastrutture e rivestono una grande importanza culturale oltre a continuare ad essere essenziali per la mobilità della società del futuro. Tuttavia, con una durata utile media di 100 anni, i ponti richiedono notevoli investimenti, non solo per la costruzione, ma anche per i costi del loro ciclo di vita. Questi ultimi superano solitamente i costi della costruzione originale delle strutture di almeno una volta e mezzo. I costi del ciclo di vita dei ponti includono anche la manutenzione dei sistemi di rivestimento che proteggono l’acciaio dall’influsso esercitato da fattori esterni. Per ragioni economiche, è consigliabile l’utilizzo di sistemi che offrano alte prestazioni tecnologiche, al fine di garantire la funzionalità a lungo termine. Ciò si riferisce in particolare ai ponti d’acciaio rispetto a quelli costruiti con il calcestruzzo come materiali da costruzione; l’acciaio più leggero può essere utilizzato per la costruzione di ponti più aerodinamici che possono coprire distanze superiori. La protezione dal processo corrosivo dei ponti d’acciaio è attuata da decenni per garantire la durabilità e l’efficacia economica, e questa tecnologia viene aggiornata costantemente in base all’esperienza acquisita. I sistemi di rivestimento antifiamma, d’altronde, non vengono richiesti solitamente per ponti d’acciaio. Tuttavia, per la loro struttura o per i possibili rischi di incendio nelle vicinanze, alcune di queste strutture devono essere protette ulteriormente dalla corrosione. I sistemi di rivestimento anti corrosione che proteggono nello stesso tempo l’acciaio dal rapido surriscaldamento nel caso di un incendio, rappresentano una soluzione adeguata, dal punto di vista economico.

In questo modo si risparmia tempo prezioso prima di raggiungere la temperatura critica e prima che si perda la capacità di carico. Questi sistemi epossidici innovativi bicomponenti vengono testati in base alle normative attuali, collaudati e verificati sul campo da più di dieci anni e rappresentano lo stato dell’arte. Costituiscono quindi un metodo tecnologicamente avanzato ed economico di manutenzione della funzionalità e della sicurezza dei ponti d’acciaio, a lungo termine. I requisiti della protezione antincendio e dalla corrosione dei componenti d’acciaio nella costruzione dei ponti sono sempre più numerosi e basati su differenti normative e specifiche. Joachim Pflugfelder, Project Development Manager di Sherwin-Williams ha affermato nel suo discorso: “L’acciaio è soggetto al fenomeno della corrosione e perde la capacità di carico in caso di incendio ad una temperatura critica di circa 500°C”. I rivestimenti antifiamma per le strutture d’acciaio sono sistemi che reagiscono chimicamente quando sono esposti ad alte temperature in caso di incendio e possono proteggere i componenti d’acciaio dalla degradazione per un periodo di tempo specifico. In caso di incendio, le strutture d’acciaio non protette si deformano quando sono esposte a temperature pari a circa 500°C, perdendo la capacità di carico con il conseguente collasso. I componenti d’acciaio non protetti raggiungono questa temperatura critica soltanto dopo cinque o dieci minuti, in base al loro profilo e allo spessore delle pareti. I rivestimenti antifiamma reattivi sono testati in base a DIN EN 13381-8 e vengono classificati in base a DIN EN 13501-2 nella categoria della resistenza alla fiamma da R15 a R180. Secondo le Linee guida per l’Approvazione Tecnica Europea riferita ai Prodotti antifiamma ETAG 018-2 e il Documento di Accompagnamento Export (EAD), l’utilizzo dei sistemi di rivestimento antifiamma può essere confermato mediante la Valutazione Tecnica Europea, la cosiddetta valutazione ETA. Oltre a questo documento di autorizzazione (ETA), in Germania l’Autorizzazione Generale della Tipologia di Costruzione dell’Institute for Construction Technology (DIBt) regola l’applicabilità di questa tipologia di costruzione, in termini di regolamentazione della struttura edile.

Fig. 1 – La vita utile dei ponti d’acciaio è stimata pari a 100 anni. I sistemi di rivestimento epossidici bicomponenti innovativi offrono una protezione a lungo termine ed economica di queste strutture. I rivestimenti antifiamma epossidici bicomponenti, con uno spessore di soltanto pochi millimetri, preservano le strutture in filigrana dei ponti d’acciaio in caso di incendio. Grazie al loro peso estremamente ridotto, i rivestimenti intumescenti non influiscono sui calcoli strutturali. Immagine: Sherwin-Williams Protective & Marine

Allo stato attuale, tutti i produttori di sistemi testano i loro sistemi di rivestimento antifiamma reattivi in base a DIN EN 13381-8, in modo che l’applicazione sia conforme alla Valutazione Tecnica Europea (ETA) e all’Autorizzazione Generale della Tipologia di Costruzione (AbG). In base alla temperatura critica dell’acciaio, che si aggira sui 350° C di 750° C, alla geometria del profilo e al valore U/A, ETA regola, fra l’altro, lo spessore del film richiesto per ottenere la resistenza alla fiamma prevista, con una durata superiore ai 180 minuti.

Al di sopra e oltre la durata utile richiesta
La durata di dieci anni della protezione antifiamma che è stata definita fino a questo momento in ETA si basa su una durata utile per un utilizzo dato pari a dieci anni e si tratta di un valore teorico stabilito dalla Commissione, del tutto differente dalla vita utile effettiva e dalla durabilità dei rivestimenti intumescenti. Questo periodo dovrebbe essere inteso come qualcosa di più di un periodo di revisione, trascorso il quale, il rivestimento antifiamma deve essere ispezionato per l’individuazione di possibili danneggiamenti e difetti. Tuttavia, questo lasso di tempo descritto nelle ETA è attualmente soggetto a cambiamenti. Esistono infatti ETA con vite utili pari a più di 25 anni, tali per cui è doveroso tener conto della distinzione fra l’autorizzazione concessa al rivestimento per un uso esterno o interno.

Protezione dalla corrosione a lungo termine
Per quanto concerne la protezione dal processo corrosivo, sono diventati essenziali durate dell’effetto protettivo sempre più lunghe, ad esempio nella normativa DIN EN ISO 12944, si prevedono più di 25 anni nel caso delle strutture d’acciaio. Per quanto riguarda i ponti d’acciaio, i requisiti sono ancora più stringenti in Germania, in quanto la durata utile di 100 anni viene calcolata due volte superiore a quella delle strutture edili in acciaio. Oltre a questo, sui ponti, in inverno si utilizza il sale antighiaccio. Di conseguenza, la nuova ZTV-ING Parte 4, Sezione 3 del mese di Marzo 2021 prevede una durata calcolata di protezione per i sistemi di rivestimento pari a 50 anni. Questo è possibile perché i produttori di sistemi di rivestimento sono costantemente impegnati ad aggiornare i loro prodotti e sistemi.
Il rivestimento anticorrosione di un ponte d’acciaio, in base a DIN EN ISO 12944 deve essere in parte o totalmente rinnovato tre volte nell’arco del suo ciclo di vita, data una vita utile presunta del rivestimento, secondo il Foglio 87 di ZTV-ING Parte 4, Sezione 3, di 33 anni; quindi il rinnovo parziale o totale deve avvenire solo due volte per tutto l’arco della vita utile.

Fig. 3 – Immagine di DEGES I Hajo Dietz; Veduta aerea di Norimberga

Moderne tecnologie dei rivestimenti di alta prestazione
Da più di 50 anni, le strutture in acciaio devono essere protette effettivamente con rivestimenti intumescenti monocomponenti per mantenere la loro stabilità più a lungo in caso di incendio. I rivestimenti intumescenti reagiscono all’effetto del calore formando uno strato di schiuma dallo spessore di un centimetro. Questa barriera fa sì che il calore venga trasferito all’acciaio. I vantaggi offerti dai rivestimenti intumescenti monocomponenti sono rappresentati da uno spessore limitato dello strato, dall’applicazione agevole e dai tempi di processo quasi illimitati, a costi ridotti. Tuttavia, il loro uso nei cantieri è molto ristretto perché devono essere applicati con più strati, il che prolunga di conseguenza i tempi di essiccazione in profondità. Oltre a questo, i rivestimenti intumescenti monocomponenti presentano una ridotta resistenza meccanica e la loro durata utile di 25 anni si restringe alle applicazioni in ambienti interni. Le condizioni ambientali sfavorevoli sul luogo di lavoro possono inoltre limitare in modo considerevole il loro utilizzo. Di conseguenza, l’effetto del rivestimento non riesce a tenere il passo con altre condizioni del lavoro di costruzione ritardando in questo modo l’evoluzione del progetto in generale. A causa di ciò l’applicazione in fabbrica dei rivestimenti intumescenti è stata ulteriormente migliorata in questi ultimi anni, ma al presente esistono sul mercato altri numerosi prodotti monocomponenti ad essiccazione veloce. Nonostante ciò l’essiccazione in profondità e il rischio di danneggiamenti durante il trasporto e l’installazione in cantiere continuano ad essere aspetti critici. Le lavorazioni aggiuntive necessarie in cantiere richiedono molto tempo e neutralizzano ampiamente il vantaggio del tempo risparmiato in fabbrica. I rivestimenti antifiamma a base di resine epossidiche bicomponenti, ad essiccazione veloce ed esenti da solventi vengono applicati solitamente, direttamente in fabbrica perché essi sono molto più resistenti dei prodotti monocomponenti. Tuttavia, possono anche essere applicati in condizioni climatiche controllate in cantiere. Attualmente è disponibile una serie di rivestimenti epossidici bicomponenti che offrono differenti proprietà. La tecnologia
Firetex^® Platinum, diversamente da altri sistemi bicomponenti, è molto resistente e può sopportare condizioni meteorologiche estreme e il sale antighiaccio.
L’ulteriore grande vantaggio offerto da questi rivestimenti intumescenti di nuova generazione è rappresentato dal fatto che oltre alla protezione dalla fiamma della struttura, essi forniscono anche protezione dalla corrosione, secondo DIN EN ISO 12944-5, molto elevata fino a C5, oltre a soddisfare i requisiti di ZTV-ING Parte 4, Sezione 3.

Il futuro dei rivestimenti dei ponti d’acciaio
Nella costruzione dei ponti d’acciaio, l’esperienza professionale con l’utilizzo dei sistemi reattivi a base di resine poliuretaniche ed epossidiche ha una storia di 45 anni. I sistemi di rivestimento innovativi, secondo il nuovo Foglio 100 di ZTV-ING Parte 4, Sezione 3 offrono una protezione dalla corrosione per una durata di almeno 50 anni con uno spessore totale del rivestimento di 400 µm. Nel futuro, un ponte d’acciaio dovrà essere riparato ulna volta soltanto per tutto l’arco della sua vita utile pari a 100 anni.  I primi progetti basati su questo principio progettuale sono già in produzione o in fase di pianificazione. Ad esempio, il ponte di una cabina di un centro di riciclo con stoccaggio di pneumatici sarà rivestita con un sistema che non solo garantisce una elevata protezione dal processo corrosivo ma anche la protezione dalle fiamme fino a raggiungere la classe di resistenza R120.

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