A differenza del calcestruzzo, l'acciaio non ha una chimica interna che degrada nel tempo: non carbonata, non subisce reazioni espansive dell'aggregato, non perde alcalinità protettiva. Le sue patologie sono più semplici da descrivere fisicamente, ma altrettanto pericolose: corrosione e fatica sono responsabili di alcuni dei cedimenti strutturali più gravi della storia dell'ingegneria recente.
Corrosione: oltre la ruggine uniforme
La corrosione atmosferica uniforme, la ruggine che tutti conoscono, è in realtà la forma meno insidiosa, perché visibile e prevedibile: procede a una velocità stimabile secondo la classe di corrosività ambientale (EN ISO 12944, categorie C1-C5) e si previene con protezioni consolidate: zincatura, verniciatura, sistemi duplex. Molto più pericolosa è la corrosione localizzata: la corrosione galvanica, che si innesca quando due metalli con potenziale elettrochimico diverso sono a contatto in presenza di umidità (un bullone in acciaio al carbonio su una struttura in acciaio inox, per esempio, corrode preferenzialmente il metallo meno nobile); la corrosione interstiziale (crevice corrosion), che si concentra in fessure strette dove l'ossigeno scarseggia, tipica delle giunzioni bullonate mal sigillate; e la tensocorrosione (stress corrosion cracking), che colpisce elementi tesi ad alta resistenza, come cavi e bulloni, dove la combinazione di tensione meccanica e ambiente corrosivo genera cricche che si propagano molto più rapidamente della sola corrosione o della sola tensione separatamente.
Fatica: il cedimento che non si vede arrivare
La fatica è il meccanismo per cui un elemento in acciaio, sottoposto a cicli ripetuti di carico anche ben al di sotto della sua resistenza statica, sviluppa una cricca microscopica che si propaga progressivamente fino alla rottura improvvisa, senza deformazione plastica visibile che avverta del cedimento imminente. È il meccanismo tipico di ponti, gru, strutture soggette a vibrazione o a carichi variabili nel tempo (vento, traffico, macchinari). L'Eurocodice 3 (EN 1993-1-9) classifica i dettagli costruttivi in categorie di fatica (dalla 160 alla 36, in N/mm²) proprio perché il punto debole è la geometria del dettaglio più che il materiale base: un foro, una saldatura, un cambio di sezione concentrano le tensioni in modo da abbassare drasticamente la vita a fatica rispetto al materiale omogeneo. Il crollo del ponte I-35W di Minneapolis nel 2007, con 13 vittime, è stato attribuito dal National Transportation Safety Board a un difetto di dimensionamento delle piastre di nodo (gusset plate) sottodimensionate fin dal progetto originale del 1967. Non fu un caso di fatica, ma mostra bene come un dettaglio marginale, più del materiale, possa determinare un cedimento catastrofico decenni dopo.
Fuoco: la percezione e i test su scala reale
Il comportamento dell'acciaio in incendio è spesso descritto in modo semplificato, come una perdita di resistenza lineare con la temperatura, ma i test su scala reale hanno rivelato un quadro più complesso. I celebri Cardington Fire Tests, condotti dal Building Research Establishment britannico negli anni '90 su un edificio sperimentale a otto piani con struttura in acciaio e solai composti in calcestruzzo, hanno mostrato che un telaio reale, con la sua ridondanza strutturale e il comportamento a membrana dei solai in calcestruzzo collaborante, può sopravvivere a incendi reali significativamente più a lungo di quanto previsto dal calcolo dell'elemento isolato in fornace, perché il sistema strutturale nel suo insieme ridistribuisce i carichi in modi che il test su singola trave non cattura. La protezione passiva antincendio (vernici intumescenti, incapsulamento in cartongesso o calcestruzzo proiettato) resta obbligatoria e necessaria in moltissime configurazioni, ma questi test hanno spinto verso approcci di "fire engineering" che valutano l'intero sistema strutturale invece del singolo elemento secondo tabelle prescrittive.
Diagnosi non distruttiva: leggere l'acciaio senza romperlo
Gli strumenti diagnostici per l'acciaio in servizio si dividono per tipo di difetto ricercato: gli ultrasuoni rilevano difetti interni e delaminazioni nelle saldature; le particelle magnetiche (magnetic particle inspection) individuano cricche superficiali sottilissime in materiali ferromagnetici; i liquidi penetranti funzionano su qualunque metallo per difetti aperti in superficie; la radiografia industriale, più costosa, resta lo standard per la verifica di saldature critiche in opere di grande responsabilità (ponti, impianti). Nessuna di queste tecniche richiede di intaccare l'elemento ispezionato, un grande vantaggio rispetto alla diagnostica del calcestruzzo armato, che spesso richiede carotaggi o demolizioni localizzate per verificare lo stato dell'armatura interna.