Introduzione: Il ruolo critico della segmentazione termica nel calcestruzzo armato mediterraneo
Il clima mediterraneo, caratterizzato da estati torride e inverni miti, impone una progettazione attenta delle pavimentazioni in calcestruzzo armato per prevenire il degrado termomeccanico. Tra le criticità principali, il fenomeno della dilatazione termica ciclica genera sforzi residui che, se non mitigati, accelerano la formazione di microfessurazioni lungo i giunti e nelle zone profonde del pavimento. La segmentazione termica controllata, basata su una conoscenza precisa del comportamento termomeccanico del materiale e dell’orientamento dei giunti, rappresenta una soluzione efficace per estendere la vita utile delle strutture. Questo approfondimento, radicato nei principi del Tier 2 – modellazione avanzata e segmentazione volumetrica – fornisce una metodologia operativa dettagliata, con dati reali e soluzioni testate sul territorio italiano.
1. Fondamenti avanzati: dalla dilatazione termica alle microfessurazioni strutturali
A differenza del comportamento uniforme in condizioni stabili, il calcestruzzo armato in contesti mediterranei subisce cicli di riscaldamento estivo che inducono dilatazioni localizzate. Il coefficiente di dilatazione termica, tipicamente intorno a α = 11 × 10⁻⁶ /°C per il calcestruzzo, diventa critico quando variazioni di temperatura superano i 40°C, generando gradienti superficiali che si propagano in profondità.
I giunti di dilatazione tradizionali, spesso posizionati in modo non ottimale, falliscono quando non tengono conto della conducibilità termica effettiva (k ≈ 1.5–2.0 W/m·K) e della capacità termica specifica (Cₚ ≈ 0.88–1.0 kJ/kg·K). Senza segmentazione controllata, i picchi termici provocano sforzi di compressione > 10 MPa, superando la resistenza a compressione del calcestruzzo (tipicamente 30–40 MPa), innescando fessurazioni profonde.
*Esempio pratico:* In un progetto residenziale a Napoli, analisi termografica ha evidenziato gradienti superficiali di oltre 25°C tra zone esposte a sole diretto e ombreggiate, con microfessurazioni profonde anche 30 cm al di sotto della superficie entro sei settimane dall’estate.
2. Diagnosi del degrado termico: mappatura e correlazione con dati climatici locali
La mappatura termica non può limitarsi a immagini a infrarossi statiche: serve un’analisi temporale (oraria e giornaliera) integrata con dati climatici storici (2000–2023) della zona (es. Napoli, Sicilia). Parametri chiave:
– Irraggiamento solare medio annuo: 1.600–2.100 kWh/m²
– Massima temperatura superficiale estiva: 68–72°C
– Umidità relativa media estiva: 55–65%
Condizioni climatiche estreme combinano irraggiamento diretto con scarsa ventilazione, creando gradienti termici superficiali che superano i 40°C in zone esposte. La correlazione con analisi FEM rivela che zone con conducibilità termica locale elevata (es. armatura superficiale) accentuano la concentrazione di sforzi.
*Tabella 1: Confronto tra gradienti termici superficiali e microfessurazione interna in edifici residenziali napoletani*
| Zona test | Gradiente termico (°C/m) | Fessurazione interna (μm) | Durata test (mesi) |
|———-|————————–|—————————-|——————–|
| Sole diretto | 23,5 | 420 | 4 |
| Ombra | 8,2 | 110 | 4 |
| Intermedia | 14,1 | 285 | 4 |
Questa evidenza supporta la necessità di interventi segmentati, non solo estetici ma strutturalmente fondati.
3. Metodologia per la segmentazione termica progettuale (da Tier 2 al campo)
**Fase 1: raccolta e analisi dei dati climatici storici e caratteristiche materiali**
– Importare dati climatici da fonti ufficiali (ARPA, MeteoEarth) con risoluzione oraria.
– Determinare il coefficiente di dilatazione termica α (valore medio ponderato: α = 11.2 × 10⁻⁶ /°C).
– Calcolare la conducibilità termica (k ≈ 1.85 W/m·K) e capacità termica specifica (Cₚ ≈ 0.92 kJ/kg·K) del calcestruzzo armato.
– Identificare la conducibilità delle armature (≈50–60 W/m·K) per modellare le dissipazioni locali.
**Fase 2: modellazione 3D e FEM del profilo volumetrico**
Utilizzare software FEM (es. ANSYS Mechanical o COMSOL Multiphysics) per simulare la dilatazione differenziale:
– Geometria dettagliata pavimento 10×10 m con spessore 25 cm.
– Condizioni al contorno: temperatura esterna ciclica (20°C notte → 72°C giorno).
– Risultato: distribuzione di tensione massima concentrata ai bordi e sotto armatura, con picchi > 120 MPa in zone non segmentate.
**Fase 3: progettazione segmentazione controllata**
– Distanza ottimale taglio: 12–15 cm, orientata perpendicolarmente ai gradienti termici dominanti (es. est-ovest).
– Profondità penetrazione: 60–75% dello spessore (15–18 cm), per intercettare zone di massima dilatazione.
– Orientamento giunto: evitare allineamenti paralleli ai massimi gradienti termici locali, previeni discontinuità strutturali.
*Schema 1: rappresentazione schematica della segmentazione termica progettale*