Calcestruzzi fibrorinforzati (FRC) e Circolare: ancora troppo attaccati all'approccio prescrittivo

Il Calcestruzzo fibrorinforzato (FRC), il nuovo materiale strutturale per le costruzioni 

Il calcestruzzo fibrorinforzato è una delle novità più interessanti introdotte dal D.M. 17/01/2018, il quale assegna finalmente a questo materiale lo status di “materiale da costruzione” da impiegare in usi strutturali. 

Dovrebbe così compiersi un passaggio potenzialmente rivoluzionario per il calcestruzzo, il quale potrà essere progettato ed utilizzato sia come materiale resistente a compressione, che come materiale intrinsecamente resistente a trazione. 

Tuttavia il calcestruzzo fibrorinforzato è utilizzato in larga scala già da anni come materiale strutturale in settori specifici delle costruzioni, come ad esempio nelle pavimentazioni industriali e nella prefabbricazione, settori in cui le ditte impiegano ingenti quantità di calcestruzzo e in cui i costi della manodopera associata alle armature tradizionali assumono un importante rilievo. 

Anche prima dell’uscita delle NTC 2018 era possibile “teoricamente” utilizzare il calcestruzzo fibrorinforzato per usi strutturali, anche se nominato esplicitamente al Par. 4.6 delle NTC 2008 come “materiale non tradizionale”, citando: “I materiali non tradizionali o non trattati nelle presenti norme tecniche potranno essere utilizzati per la realizzazione di elementi strutturali od opere, previa autorizzazione del Servizio Tecnico Centrale su parere del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici …”. “Si intende qui riferirsi a materiali quali (…) calcestruzzi fibrorinforzati…”. 

Quindi le NTC 2008, obbligando il produttore a richiedere l’autorizzazione al Consiglio Superiore dei Lavori Pubbilici, rendevano “di fatto” inutilizzabile tale materiale per scopi strutturali se non in settori specifici come appunto la prefabbricazione, in cui i produttori dovevano comunque richiedere l’autorizzazione al CSLP per la produzione, e le pavimentazioni industriali non considerate nella pratica comune, anche se erroneamente, come “strutture”. 

Ciò nonostante il Cap. 12 delle NTC 2008 consentiva l’utilizzo delle Istruzioni CNR come normative di comprovata validità, ed è noto che dal 2006 esistono le Istruzioni CNR-DT 204/2006 per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo di strutture in calcestruzzo fibrorinforzato, istruzioni tra l’altro molto complete e dettagliate a cui io stesso, in questi anni, ho fatto largo riferimento per la progettazione ed il controllo di strutture realizzate in FRC. 

Inoltre, a livello internazionale, esistono già da tempo normative di comprovata validità che ne contemplano l’utilizzo, tra cui il fib Model Code for Concrete Structures 2010, ovvero il documento precursore degli Eurocodici, nel quale al Par. 5.6 e al Par. 7.7 tratta in modo dettagliato il calcestruzzo fibrorinforzato , sia in termini di proprietà del materiale, che in termini di modalità di verifica agli stati limite delle strutture. In più al Par. 5.6 al punto 3, il fib Model Code introduce un aspetto fondamentale per la progettazione di questo materiale, ovvero la classificazione del FRC. 

Pertanto come già succede per la resistenza a compressione, il calcestruzzo viene definito con una “classe di resistenza” anche per le caratteristiche di trazione. Tale classe è espressa con un numero (1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, … [MPa]), che corrisponde alla resistenza residua a trazione caratteristica per lo Stato Limite di Esercizio (f_R1k), e da una lettera (a, b, c, d, e), che corrisponde al cosiddetto “rapporto di incrudimento” (f_R3k/ f_R1k), ovvero al rapporto tra la resistenza residua a trazione caratteristica, rispettivamente per lo SLU e per lo SLE. Tale aspetto verrà esplicato meglio nel seguito.

L'attuale quadro normativo

FRC: cosa stabiliscono le NTC 2018 

Il D.M. 17/01/2018 introduce il materiale FRC al Par. 11.2.12. CALCESTRUZZO FIBRORINFORZATO (FRC): ‘’Il calcestruzzo fibrorinforzato (FRC) è caratterizzato dalla presenza di fibre discontinue nella matrice cementizia; tali fibre possono essere realizzate in acciaio o in materiale polimerico, e devono essere marcate CE in accordo alle norme europee armonizzate, quali la UNI EN 14889-1 ed UNI EN 14889-2 per le fibre realizzate in acciaio o materiale polimerico. La miscela di calcestruzzo fibrorinforzato deve essere sottoposta a valutazione preliminare secondo le indicazioni riportate nel precedente § 11.2.3 con determinazione dei valori di resistenza a trazione residua f_R1k per lo Stato Limite di Esercizio e f_R3k per lo Stato Limite Ultimo determinati secondo le UNI EN 14651:2007. Per la qualificazione del calcestruzzo fibrorinforzato e la progettazione delle strutture in FRC si dovrà fare esclusivo riferimento a specifiche disposizioni emanate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.’’ 

Nella sostanza, come sempre accade con l’uscita delle nuove norme tecniche, queste non forniscono indicazioni complete ed esaustive: da una parte introducono il FRC come materiale da costruzione, ma dall’altra parte non ne consentono l’utilizzo immediato, rimandando a non specificate disposizioni emanate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. 

Tuttavia, anche se il passaggio normativo risulta ancora nebuloso, alcune informazioni certe ci sono: le fibre per uso strutturale devono essere realizzate in acciaio o in materiale polimerico e devono essere marcate CE. Questo aspetto è molto importante in quanto stabiliscono un contorno ben definito rispetto alla varietà di fibre presenti sul mercato.

Inoltre stabiliscono che la miscela di calcestruzzo fibrorinforzato deve essere sottoposta a valutazione preliminare, con determinazione dei valori di resistenza a trazione residua determinati secondo le UNI EN 14651:2007, ovvero mediante prove di flessione a tre punti su travetti intagliati, con controllo dell’apertura della fessura, come mostrato nella figura seguente: 

Figura 1 – Modalità di prova secondo la Norma UNI EN 14651:2007. 

La prova a flessione a tre punti fornisce come output dei diagrammi Forza-Deformazione CMOD dai quali è possibile ricavare i valori di resistenza a trazione residua f_R1k per lo Stato Limite di Esercizio e f_R3k per lo Stato Limite Ultimo: 

Figura 2 – Diagramma Forza-CMOD determinato secondo la Norma UNI EN 14651:2007. 

A questo punto, secondo un determinato set di provini, sarà possibile ricavare i valori caratteristici di f_R1 e f_R3 per la miscela di FRC e determinarne la classe di resistenza. 

Nel dettaglio, come anticipato al paragrafo precedente, il valore di f_R1k fornirà il numero della classe di appartenenza: 

1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, … [MPa] 

mentre il rapporto f_R3k/ f_R1k fornirà la lettera della classe di appartenenza, secondo i seguenti intervalli di valori: 

a per 0.5 < f_R3k/f_R1k < 0.7
b per 0.7 ≤ f_R3k/f_R1k < 0.9
c per 0.9 ≤ f_R3k/f_R1k < 1.1
d per 1.1 ≤ f_R3k/f_R1k < 1.3
e per 1.3 ≤ f_R3k/f_R1k

A titolo esemplificativo un FRC di classe 3.0c presenta una resistenza caratteristica f_R1k compresa tra l’intervallo 3.0 e 4.0 MPa e un rapporto f_R3k/f_R1k compreso tra l’intervallo 0.9 e 1.1, indice di un comportamento plastico.

Una prima osservazione su quanto sopra esposto è che non sono ammessi per uso strutturale FRC con rapporto f_R3k/f_R1k < 0.5, ovvero eccessivamente degradanti. Considerando che un calcestruzzo fibrorinforzato ordinario presenta valori di f_R1k tipici pari a 2.0/3.0 MPa, i valori di f_R3k non potranno essere inferiori a 1.0/1.5 MPa.

FRC: cosa "precisa" la Circolare 

L’uscita della Circolare n.7 del 21/01/2019 “Istruzioni per l’applicazione dell’Aggiornamento delle Norme tecniche per le costruzioni” di cui al decreto ministeriale 17 gennaio 2018” introduce altre importanti novità, citando al par. C11.2.12:  

"Le NTC definiscono il calcestruzzo FRC come “caratterizzato dalla presenza di fibre discontinue nella matrice cementizia” e stabiliscono che sia per la sua qualificazione che per la progettazione delle strutture in FRC, si dovrà fare esclusivo riferimento a specifiche disposizioni del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, rese attraverso apposite Linee Guida. 

Al riguardo occorre precisare che secondo le dizioni comunemente adottate nel settore della tecnologia delle costruzioni, un calcestruzzo fibrorinforzato ad uso strutturale, per essere definito tale, deve essere caratterizzato da un dosaggio minimo delle fibre al suo interno. Le norme CNR-DT 204/2006 “Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo di strutture di calcestruzzo fibrorinforzato”, indicano che “per impieghi strutturali deve essere garantito un dosaggio minimo di fibre” e quantificano tale dosaggio come “non inferiore allo 0.3% in volume”. 

Pertanto, a meno di specifiche indicazioni eventualmente riportate nelle sopracitate Linee Guida, per quantitativi inferiori a tale dosaggio, allo stato un calcestruzzo che preveda l’utilizzo di fibre non può essere definito, ai fini strutturali, come “fibrorinforzato” e quindi il suo impiego, non vincolato dalle procedure autorizzative di cui al citato p.to 11.2.12, può fare riferimento alle prescrizioni per il calcestruzzo normale, contenute nei pertinenti Capitoli delle NTC. 

Ne consegue, in termini pratici, che la presenza di un quantitativo di fibre al di sotto della soglia sopra indicata, può essere considerata nei normali calcestruzzi quale semplice ausilio per il miglioramento del comportamento del calcestruzzo in particolari situazioni, quali ad esempio le fasi di scassero, con lo scopo di tenere sotto controllo microfessurazioni e di minimizzare l’effetto di cavillature in punti sensibili del manufatto, quali spigoli e zone d’angolo, non facilmente raggiungibili dall’armatura ordinaria. 

Naturalmente, l’impiego delle fibre comporta comunque l’obbligo del rispetto della vigente normativa del settore, ed in presenza di norme armonizzate il possesso della marcatura CE. 

Inoltre, in sintonia con quanto previsto dal p.to 11.2.3 delle NTC, occorre che anche tali calcestruzzi non definibili strutturalmente quali fibrorinforzati, siano oggetto di prove preliminari di studio, non solo al fine di ottenere le prestazioni richieste dal progetto, ma anche, data comunque la specificità del materiale impiegato, di verificare la piena compatibilità delle fibre con il particolare utilizzo previsto. 

A tale fine, si ritiene anche necessaria l’implementazione di un sistema permanente di controllo della produzione opportunamente calibrato, attraverso un processo industrializzato dotato di idonei impianti, nonché di strutture e tecniche opportunamente organizzate, al fine di assicurare il mantenimento di un adeguato livello di affidabilità nella produzione del calcestruzzo e nella conformità del prodotto finito.”

Quindi anche la circolare, che doveva essere “esplicativa”, crea ancora più confusione ed incertezza sull’utilizzo di questo materiale. Chiarisce il fatto che le “specifiche disposizioni” del CSLP altro non sono che Linee Guida Ministeriali e questa almeno è una certezza. L’incertezza è quando saranno pronte. 

Poi in seguito introduce in modo assolutamente improprio la possibilità di utilizzo del FRC non vincolato da procedure autorizzative qualora il dosaggio fibre sia inferiore dello 0,3% in volume, rimandando ad una Norma del 2006, quindi piuttosto obsoleta, trascurando il fatto che sul mercato nel frattempo sono state introdotte fibre ad alte prestazioni che, se dosate con tali percentuali in volume, portano ad un comportamento addirittura incrudente del calcestruzzo.

Se da una parte le più avanzate normative internazionali sono anni che cercano di traghettare la filosofia del calcestruzzo fibrorinforzato da un approccio “a dosaggio” delle fibre, ad un approccio secondo delle “performance classes”, la normativa nazionale, come al solito, non riesce a liberarsi del proprio approccio prescrittivo.

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