Pavimentazioni in calcestruzzo: sviluppi progettuali e normativi
Le pavimentazioni in calcestruzzo, alla luce dei recenti sviluppi in ambito progettuale e tecnico/normativo, stanno vivendo un periodo di vivace innovazione tecnologica, giudicata con interesse e accuratamente valutata da tutti gli addetti ai lavori: progettisti, produttori, imprese, committenze.
Dal punto di vista progettuale il recente parere del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici (CSLLPP _ agosto 2019), ha fatto chiarezza sulla distinzione tra pavimentazioni con funzione strutturale e pavimentazioni con semplice scopo di finitura.
Tra le pavimentazioni con funzione strutturale, il CSLLPP cita nel merito questi casi:
- Pavimentazioni in calcestruzzo che, in caso di cedimento o in caso di eccessive deformazioni, possono rappresentare un pericolo per la pubblica incolumità. E’ intuitivo che diversi possono essere i casi in cui la pavimentazione in calcestruzzo assume una funzione portante, atta a sostenere carichi di entità rilevante (peso proprio, carichi accidentali, azioni esterne, carichi dinamici, scaffalature industriali di rilevanti dimensioni, macchinari industriali, gru, automezzi pesanti etc). Sulla base di questa premessa è evidente che, per citare un esempio molto comune, le pavimentazioni di magazzini con scaffalature gravate dal carico di merci stoccate, rappresentano le “fondazioni a platea” delle scaffalature stesse e, come tali, devono garantirne la sicurezza. In tutti questi casi, perciò, la struttura “pavimento” deve essere verificata agli Stati Limite Ultimi (le pavimentazioni devono consentire lo scarico a terra in sicurezza delle azioni trasmesse dai carichi) e agli Stati Limite di Esercizio (le pavimentazioni devono garantire le verifica a fessurazione e a deformazione, nel rispetto delle prescrizioni del progettista).
- Pavimentazioni in calcestruzzo connesse alle strutture di elevazione e/o di fondazione, costituendone il collegamento o comunque interagendo con esse.
Il CSLLPP, con riferimento alle pavimentazioni che non svolgono alcuna delle possibili funzioni strutturali sopra descritte, ricorda che “esse sono sostanzialmente indipendenti ed il loro danneggiamento non causa alcun danno “strutturale”.
E’ questo il caso delle pavimentazioni che svolgono funzione di “finitura” dell’opera, quali ad esempio il completamento di opere di tipo “stradale”, che quindi non sono ricomprese tra le “strutture” trattate dalle Norme Tecniche per le Costruzioni.
Il calcestruzzo fibrorinforzato nelle pavimentazioni industriali
La circolare della Presidenza del CSLLPP non lascia quindi più dubbi. Risulta evidente che gran parte delle pavimentazioni industriali in calcestruzzo devono essere considerate opere strutturali e che, come tali, nell’ambito delle NTC, devono essere:
- progettate da un professionista abilitato, il quale stabilisca le caratteristiche dei materiali da utilizzare e calcoli opportunamente l’opera;
- giustamente dirette nell’esecuzione;
- soggette ai necessari controlli, sia in corso d’opera che finali.
In quest’ottica il mix design del calcestruzzo non può essere affatto trascurato, anzi gioca un ruolo determinante nel buon esito dei lavori.
Come vedremo nello sviluppo di questo articolo, l’introduzione delle fibre nel mix design del calcestruzzo può apportare enormi benefici.
Il calcestruzzo fibrorinforzato è quindi un materiale composito, appartenente alla famiglia dei calcestruzzi speciali, costituito da calcestruzzo ordinario arricchito da elementi fibrosi. Le fibre possono essere di natura metallica, sintetica o un mix delle due tipologie. L’introduzione di fibre nel calcestruzzo può avere finalità prettamente antifessurative, quindi collegate con la durabilità intrinseca del conglomerato, o anche strutturali.
Dal punto di vista dell’approccio normativo e della tecnologia dei materiali, le Norme Tecniche per le Costruzioni NTC 2018, al §11.2.12, includono il calcestruzzo fibrorinforzato tra i materiali per la realizzazione di elementi strutturali. In questo contesto la miscela del calcestruzzo fibrorinforzato deve essere sottoposta a valutazione preliminare secondo le Linee Guida per la qualificazione degli FRC. Particolarmente significativa, a questo scopo, risulta la determinazione dei valori di resistenza a trazione residua fR1k (per lo Stato limite di esercizio) e fR3k (per lo Stato limite Ultimo) determinati secondo UNI EN 14651, descritta nel paragrafo riguardante la marcatura CE per le fibre d’acciaio. Le NTC 2018, prevedono infetti che le fibre siano opportunamente marcate CE ,in accordo alle norme europee armonizzate, quali la UNI EN 14889‐1 per le fibre realizzate in acciaio, e la UNI EN 14889‐2 per le fibre realizzate in materiale polimerico.
Marcatura CE per fibre d’acciaio (EN 14889-1)
La norma UNI EN 14889-1:2006 descrive e dettaglia le prove e le specifiche tecniche che le fibre di acciaio devono soddisfare per ottenere la famosa “marcatura CE”, detta anche dichiarazione di conformità CE. La norma nel suo complesso contiene quindi le indicazioni circa i test da effettuare, i riferimenti alle norme tecniche che descrivono come eseguire i test prescritti, i valori limite che devono essere superati, il tipo di impasto da utilizzare per la realizzazione del calcestruzzo fibrorinforzato da testare, quali materie prime utilizzare, ecc.
Uno dei riferimenti più importanti contenuti in questa norma è certamente quello della valutazione degli effetti dell’introduzione delle fibre sulla resistenza a flessione del calcestruzzo. La norma è la EN 14651, che si realizza sottoponendo dei travetti intagliati in mezzeria ad una prova di flessione a tre punti, rilevando i carichi applicati e la corrispondente apertura dell’intaglio praticato nella mezzeria della trave.
Analizzando la curva “sforzo-apertura dell’intaglio” si osserva che il ramo crescente, nel tratto che precede la fessurazione del conglomerato, è sostanzialmente identico a quello del calcestruzzo ordinario. Questo testimonia che l’aggiunta delle fibre non modifica la resistenza a compressione ed il modulo elastico del calcestruzzo prima della sollecitazione della fessurazione. L’andamento della curva nella fase post-fessurativa, invece, varia rispetto ad un normale calcestruzzo e ciò dipende dalla natura della fibra, dalla sua conformazione geometrica, dal rapporto di aspetto (rapporto tra la lunghezza della fibra e il suo diametro equivalente), dal dosaggio di fibre nell’impasto.
In particolare, rispetto al calcestruzzo ordinario, che evidenzia un comportamento fragile, in quanto dopo la comparsa della fessurazione volge immediatamente al collasso, il calcestruzzo fibrorinforzato è capace di sopportare ancora livelli di carico più o meno elevati a seconda del tipo, del dosaggio e della conformazione della fibra. Lo sviluppo della curva “sforzo-apertura dell’intaglio” può andare perciò da comportamenti “degradanti o softening” (caratterizzati da un più o meno rapido decremento dello sforzo di flessotrazione in fase di apertura dell’intaglio) a “incrudenti o hardening” (caratterizzati da incremento delle resistenze meccaniche a flessotrazione anche durante la fase di apertura dell’intaglio).
Marcatura CE per fibre sintetiche (EN 14889-2)
La norma sulle fibre sintetiche differenzia due metodi di certificazione distinti applicabili alle fibre: fibre per applicazioni generiche, il Sistema 3, e fibre per applicazioni strutturali, il Sistema 1.
- SISTEMA 3
La marcatura CE per le fibre sintetiche con il Sistema di certificazione “3” si basa sul presupposto che la fibra in questione non sarà utilizzata per scopi strutturali. I test più importanti da effettuare sono la prova di trazione sulla fibra (EN 10002-1) e il test sugli effetti della fibra sulla consistenza del calcestruzzo (EN 12350-3). - SISTEMA 1
La marcatura secondo la norma EN 14889-2 con il Sistema 1 è stata concepita per testare e certificare la compatibilità delle fibre per applicazioni strutturali. La procedura per ottenere questa certificazione è una diretta derivazione di quella utilizzata per certificare le fibre d’acciaio con la EN 14889-1. Il Sistema 1 richiede che le prove siano effettuate da un organismo notificato con autorizzazione ministeriale e che i campioni di materiale siano prelevati da un ispettore di detto organismo direttamente presso il sito di produzione del fornitore. Oltre a tutti i test previsti per la Sistema 3, la 1 richiede anche la caratterizzazione del comportamento di un concio di trave sottoposto a flessione, secondo la norma EN 14651.
Fibre READYMESH per pavimentazioni in calcestruzzo
In questo contesto progettuale e normativo si inserisce la gamma delle fibre READYMESH di AZICHEM per pavimentazioni industriali in FRC, completa e innovativa, che offre a progettisti ed applicatori soluzioni tecnologicamente molto avanzate e adattabili a qualsiasi esigenza progettuale e cantieristica.
Le gamma delle fibre READYMESH può essere riassunta nelle tre tabelle di seguito riportate dove le fibre vengono suddivise in tre grandi famiglie:
- le fibre METALLICHE
- le fibre SINTETICHE ANTIFESSURATIVE
- le fibre SINTETICHE STRUTTURALI
Ciascuna fibra viene identificata e descritta con i seguenti parametri
- lunghezza della fibra (l), ossia la distanza tra le estremità della fibra misurata in accordo con le norme di riferimento specifiche
- diametro equivalente (d), ossia il diametro di un cerchio con area uguale all’area media della sezione trasversale della fibra
- rapporto d’aspetto, definito come quoziente tra la lunghezza e il diametro equivalente della fibra
- resistenza a trazione
- dosaggi
- morfologia
Vantaggi indotti dalle fibre READYMESH
Le fibre READYMESH, aggiunte in forma dispersa in un conglomerato cementizio, modificano le proprietà del materiale composito fibrorinforzato, dalle prime fasi di lavorazione dell’impasto, fino ad indurimento completamente avvenuto, agendo perciò:
- durante lo stato “fresco”
- durante la maturazione
- durante il suo intero ciclo di vita
In generale le fibre contrastano l’apertura delle fessure, sia quelle da ritiro plastico che quelle da ritiro igrometrico, mentre le fibre “strutturali”, oltre ad essere “antifessurative”, migliorano anche il comportamento a trazione, la duttilità e l’energia di frattura del conglomerato.
L’azione antifessurativa è fondamentale per aumentare la durabilità della piastra in calcestruzzo. Fessure ampie oltre i limiti fisiologici, producono diversi scompensi:
- Sono sgradevoli esteticamente
- Sono causa di infiltrazione d’acqua e di degrado ad essa collegato
- Espongono l’armatura all’azione di agenti chimici che la possono intaccare
- Peggiorano la capacità di isolamento termico del manufatto
- Riducono o compromettono la resistenza del manufatto e la durabilità dell’opera
Le fibre READYMESH per calcestruzzo intervengono già nella prima fase di maturazione, quando il calcestruzzo è ancora plastico. Durante questa fase possono frequentemente verificarsi condizioni ambientali (termoigrometriche, vento) e realizzative (riduzioni di spessore, scompensi nel posizionamento degli acciai d’armatura ecc.) in cui il conglomerato cementizio, non avendo ancora sviluppato sufficienti resistenze meccaniche, non riesce ad opporsi alle tensioni che si generano al suo interno. Si vengono così a formare crepe e fessure. Le proprietà antifessurative delle fibre READYMESH agiscono già in questa fase iniziale, riducendon sensibilmente l’ampiezza delle discontinuità.
Le fibre READYMESH presenti all’interno dell’FRC saranno quindi, in ogni caso, di grande beneficio, in quanto costituiranno una sorta di reticolo tridimensionale che aiuterà a distribuire meglio gli sforzi, aumentando la resistenza del manufatto stesso sia quando esso è perfettamente sano, sia qualora vi dovessero essere delle micro-fratture (anche interne). In tal caso, infatti, in presenza di un calcestruzzo adeguatamente fibro-rinforzato, la fessura sarebbe attraversata da un fascio di fibre che crea una sorta di continuità strutturale, la quale andrebbe ad alleviare le sollecitazioni sul calcestruzzo stesso, specialmente in corrispondenza dell’apice della fessura.
Le fibre READYMESH hanno una caratteristica molto importante, cioè quella di creare moltissime micro-superfici di separazione tra fibra e matrice cementizia, disperse in tutto il volume del manufatto e orientate in tutte le direzioni. In presenza di una fessura in propagazione, le fibre vanno a costituire una miriade di trappole che deviano e quindi disturbano l’avanzamento della microlesione (in letteratura “trappola di Cook-Gordon”), molto spesso arrestandone l’avanzamento con successo.
Sula base di queste considerazioni, risulta evidente che la distribuzione delle fibre nell’intera sezione del pavimento industriale permette un altro importante vantaggio: l’arresto precoce della fessurazione in profondità.
Immaginando il comportamento di una fessura in un pavimento solamente armato con rete elettrosaldata confrontato con un pavimento armato con rete e contenente fibre, la diversa profondità di propagazione della fessura è quella visibile nel disegno.
L’arresto precoce della fessurazione non permette la propagazione dell’acqua in profondità, con indubbi benefici in termini di durabilità della piastra e delle reti d’armatura eventualmente presenti.
Il reticolo 3D creato dalle fibre, nel caso delle fibre strutturali, consente di conservare una certa resistenza anche nel caso di calcestruzzi fratturati lungo tutta la sezione, proprio in virtù dei filamenti che attraversano la rottura, capaci di sostenere determinati carichi strutturali (questo solamente per alcuni particolari modelli e per determinati dosaggi di fibre dette per l’appunto “strutturali”).
In sintesi: l’aggiunta di fibre alla matrice del calcestruzzo consente di incrementare la durabilità della piastra di pavimentazione e, nel caso si introducano fibre strutturali, anche la duttilità del calcestruzzo e la resistenza a flesso-trazione dopo l’insorgenza di fessurazioni. Per ottenere questi risultati è però indispensabile considerare attentamente la qualità, la quantità e le prestazioni delle fibre che si introducono nel mix design del calcestruzzo.
Focus su alcune particolari tipologie READYMESH
La gamma READYMESH è molto ampia e permette di calibrare la scelta della giusta fibra in funzione delle specifiche esigenze progettuali e cantieristiche.
Per concludere questo breve excursus sulle fibre READYMESH nel settore delle pavimentazioni industriali in calcestruzzo, estrapoliamo, da ciascuna famiglia, la tipologia di fibra maggiormente utilizzata, entrando nel merito delle qualità che la rendono particolarmente prestazionale e molto apprezzata dagli utilizzatori.
Per la famiglia delle fibre metalliche:
- READYMESH MX 500 Fibre d’acciaio ad altissime prestazioni da 50 mm
>>> CONSULTA la SCHEDA PRODOTTO - READYMESH MX 500 Fibre strutturali d’acciaio per pavimentazioni in calcestruzzo
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Per la famiglia delle fibre polimeriche:
- READYMESH PF 540 Macro-fibra monofilamento trefolata strutturale per pavimenti industriali
>>> CONSULTA la SCHEDA PRODOTTO - READYMESH PS 480 Macro-fibra monofilamento strutturale per spritz-beton e prefabbricazione
>>> CONSULTA la SCHEDA PRODOTTO - READYMESH PM 180 Fibra multifilamento da 18 mm per massetti e calcestruzzi in genere
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Per maggiori informazioni su tutta la gamma di fibre READYMESH visita il sito www.readymesh.it
