Pavimentazioni in calcestruzzo fibrorinforzato: prescrizioni e controlli del calcestruzzo

Pavimentazioni industriali in calcestruzzo: inquadramento generale

Le pavimentazioni in calcestruzzo vengono sottoposte costantemente, durante l’uso quotidiano, a sollecitazioni di varia natura derivanti da carichi posizionati direttamente sulla superficie, da carichi statici o dinamici associate ai macchinari o ai veicoli che operano nella struttura.

La funzionalità e la produttività di un’azienda sono fortemente dipendenti dalla performance della pavimentazione, visto che su tale superficie avvengono la quasi totalità delle operazioni e attività. Al fine di minimizzare i problemi in esercizio e massimizzare l’efficienza è essenziale conoscere le tecniche all’avanguardia sia per la produzione dei materiali, sia per la realizzazione vera e propria della pavimentazione.

Quindi, la progettazione delle pavimentazioni in calcestruzzo è di grande importanza e attualità, malgrado tale settore sia sempre stato considerato non di competenza ingegneristica, anche se tutto ciò è in contrasto con i numerosi aspetti tecnici coinvolti, a partire dalle caratteristiche del supporto, per continuare con la tecnologia del calcestruzzo, per finire con lo strato di finitura superficiale.

Un grande aiuto per la progettazione ed esecuzione delle pavimentazioni in calcestruzzo, è dato dalle “Istruzioni per la progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo delle Pavimentazioni di Calcestruzzo - CNR DT 211/2014”, documento che gli addetti ai lavori, a volte, ne ignorano la conoscenza, l’uso e anche l’esistenza.

Dal punto di vista strutturale, le pavimentazioni sono piastre su appoggio continuo cedevole. I cedimenti del supporto devono essere di modesta entità in modo da non compromettere la funzionalità della stessa pavimentazione.

Le verifiche devono essere condotte nei confronti dello Stato Limite di Esercizio (SLE) e dello Stato Limite Ultimo (SLU). In condizioni di esercizio rivestono particolare importanza lo stato limite di formazione delle fessure e quello di deformazione in quanto un’eccessiva deformazione potrebbe creare problemi, ad esempio alle scaffalature ed al transito dei mezzi.

Una pavimentazione può essere realizzata adottando differenti tecnologie costruttive, quali ad esempio:

1. pavimentazione in calcestruzzo non armato;
2. pavimentazione in calcestruzzo armato;
3. pavimentazione in calcestruzzo fibrorinforzato (FRC) con armatura convenzionale;
4. pavimentazione in FRC senza armatura convenzionale;
5. pavimentazione in calcestruzzo con la tecnica del post-teso.

In funzione delle scelte progettuali e delle tecniche costruttive che si intendono adottare, l’armatura di una pavimentazione è costituita da uno o più strati di rete e/o da fibre “strutturali” e/o da trefoli. In presenza di carichi sismici, quali quelli trasmessi da scaffalature, fissate alla pavimentazione con tasselli di tipo meccanico o chimico, le pavimentazioni non armate non si possono utilizzare, ma occorrerà avvalersi, sempre, di pavimentazioni dotate di armatura convenzionale (il progettista verificherà l’eventuale necessità di disporre l’armatura sia all’intradosso sia all’estradosso) o in alternativa di pavimentazioni in FRC, qualora le fibre siano in grado di sopportare da sole gli sforzi di trazione derivanti dai carichi sismici, o sistemi misti armatura/FRC o con la tecnica della post-tensione.

Le azioni agenti sulle pavimentazioni di calcestruzzo comportano stati di sollecitazione piuttosto complessi, che devono essere analizzati e studiati preventivamente. Purtroppo, ancora oggi, la scelta dell’armatura e dello spessore delle pavimentazioni viene “troppo” spesso affidata all’“esperienza del costruttore” o di qualche tecnico commerciale promotore di qualche prodotto, senza disporre di un progetto accurato vero e proprio. Inoltre, la realizzazione delle pavimentazioni di calcestruzzo di edifici industriali, viene commissionata a ditte che, anche se specializzate nell’esecuzione, nella quasi totalità dei casi non conoscono le condizioni future di utilizzo e neppure le condizioni che influenzeranno profondamente la realizzazione, a partire dalla consistenza e dalla rigidezza del terreno sottostante. Ne consegue che le pavimentazioni di calcestruzzo sono spesso realizzate unicamente sulla base di “sommarie” voci di capitolato, senza alcuna progettazione preliminare. Il risultato della scarsa attenzione progettuale ed esecutiva, rende le pavimentazioni strutture spesso caratterizzate da numerosi difetti esecutivi e con la presenza di ampie fessurazioni che possono causare contenziosi che coinvolgono il Committente e chi ha partecipato alla realizzazione dell’opera, fornitori di materiali compresi.

Altro aspetto che viene molto spesso trascurato è la “Vita Nominale di una pavimentazione”. Il concetto di vita nominale (Vn) di una struttura può essere esteso alle pavimentazioni in accordo con gli Eurocodici. Si tratta di un concetto che, seppur nel suo aspetto convenzionale, rappresenta un riferimento per la definizione delle azioni variabili e per conferire un significato operativo alla durabilità dell’opera. Infatti il progetto deve assicurare la conservazione delle caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali e delle strutture durante la vita nominale dell’opera. Per Vn s’intende è il periodo di tempo (misurato in anni) nel quale la struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve poter essere usata per lo scopo al quale è destinata e con lo stesso livello di sicurezza.
Con riferimento alla valutazione dei “livelli di sicurezza”, la vita nominale della piastra e della massicciata, da adottare in fase progettuale, deve essere non inferiore a 50 anni o comunque alla Vita Nominale dell’edificio (salvo esplicita richiesta del Committente). Tale richiesta non si estende ai giunti ed alla finitura superficiale. In fase di progettazione si dovrà definire un piano di manutenzione ordinaria per la conservazione della struttura attraverso la manutenzione dei giunti e dello strato di finitura.

Questo articolo, si focalizzerà, nella prima parte, sull’utilizzo di calcestruzzi fibrorinforzati nella realizzazione delle pavimentazioni in calcestruzzo, e nella seconda parte su tutte le attività che devono essere effettuate prima, durante e dopo la fine delle operazioni di stesa del calcestruzzo e finitura superficiale, per realizzare una pavimentazione performante, idonea all’uso a cui è destinata.

Il calcestruzzo fibrorinforzato

Il calcestruzzo fibrorinforzato (FRC) è un materiale composito basato su una matrice di calcestruzzo alla quale sono aggiunte delle fibre.

L’impiego di tale composito è particolarmente adatto negli elementi iperstatici, come le piastre su appoggio continuo, in quanto la resistenza residua a trazione in fase fessurata, dovuta alla presenza delle fibre aumenta la capacità portante complessiva della struttura.

I diversi componenti del calcestruzzo fibrorinforzato (cemento, acqua, aggregati, fibre, additivi, aggiunte, agenti espansivi, SRA) devono essere opportunamente proporzionati per ottenere le prestazioni richieste dal Progettista, sia allo stato fresco sia allo stato indurito.

Nelle pavimentazioni in calcestruzzo, l’impiego delle fibre risulta particolarmente efficace per:

1. contenere la fessurazione da ritiro;
2. sostituire, parzialmente o totalmente, l’armatura convenzionale (solitamente la rete elettrosaldata).

Questi due obiettivi non sono necessariamente in alternativa, in quanto una o più tipologie di fibra potrebbero essere utilizzate contemporaneamente per contenere la fessurazione da ritiro e per sostituire l’armatura convenzionale.

La composizione della miscela e il trattamento superficiale della pavimentazione in calcestruzzo fibrorinforzato dovranno garantire una finitura omogenea in modo da limitare affioramenti di fibre.

Le tipologie di carico normalmente agenti sulle pavimentazioni in calcestruzzo comportano stati di sollecitazione particolarmente complessi. I carichi mobili, ad esempio, esercitano azioni cicliche variabili nei diversi punti della pavimentazione che risulta così sottoposta ad azioni flettenti con trazioni sia nella parte superiore sia in quella inferiore.

L’utilizzo di una rete elettrosaldata richiede particolari attenzioni nella posa in quanto, durante le operazioni di getto, l’armatura superiore potrebbe essere erroneamente posata e/o schiacciata sul fondo della pavimentazione, sia pur in presenza di distanziatori. In questo contesto il fibrorinforzo, distribuendosi uniformemente nel volume della piastra, rappresenta un'armatura ideale, tanto da non richiedere mano d'opera per la posa e da non creare problemi durante la fase di getto.

Per la progettazione esecuzione e controllo delle strutture realizzate con calcestruzzi fibrorinforzati si può fare riferimento alle “Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato -  CNR DT-204/2006”.

Le fibre risultano caratterizzate, oltre che dal tipo di materiale, da parametri geometrici quali la lunghezza, il diametro equivalente, il rapporto d’aspetto e la forma (fibre lisce, uncinate, ecc.). I principali parametri geometrici della fibra sono riportati nel seguito:

• la lunghezza della fibra (lf) è la distanza tra le estremità della fibra e deve essere misurata in
• accordo con le norme di riferimento specifiche;
• la lunghezza in sviluppo della fibra (ld) è la lunghezza della linea d’asse della fibra;
• il diametro equivalente (df) è il diametro di un cerchio con area uguale all’area media della
• sezione trasversale della fibra;
• il rapporto d’aspetto è definito come quoziente tra la lunghezza e il diametro equivalente della fibra.

La presenza di fibre non modifica in modo significativo la resistenza a compressione del calcestruzzo che può essere classificato sulla base delle prestazioni meccaniche della matrice cementizia.

Il comportamento a trazione del calcestruzzo fibrorinforzato può essere caratterizzato con la determinazione sperimentale della tensione nominale post-fessurazione (resistenza residua), attraverso una prova di flessione su una travetta intagliata, in accordo alla norma UNI EN 14651. La resistenza residua è espressa in termini di tensione nominale, corrispondente a specifici valori dell'apertura della base dell’intaglio (CMOD), pari a 0,5 1,5 2,5 e 3,5 mm. Un tipico diagramma della forza applicata al provino (F) in funzione del CMOD è riportato in figura.

I valori della tensione nominale, f_Rj, rappresentativa del comportamento post-fessurativo, è determinata assumendo convenzionalmente una distribuzione lineare delle tensioni nella sezione reagente sopra l’intaglio:

La resistenza a trazione convenzionale è data:

dove:
f_L [MPa] è la resistenza convenzionale di trazione alla fessurazione;
f_Rj [MPa] è la resistenza residua del composito corrispondente ad un valore CMOD = CMODj;
F_j [N] è la forza residua corrispondente a CMOD = CMODj;
F_L [N] è il valore massimo del carico nell’intervallo 0 ≤ CMOD ≤ 0,05 mm;
l [mm] è la distanza tra gli appoggi della travetta (500 mm);
b [mm] è la larghezza della sezione trasversale della travetta (150 mm);
h_sp [mm] è la distanza tra l’apice dell’intaglio e la superficie superiore del provino (125 mm).


 
Tipica curva F – CMOD determinata da una prova di flessione UNI EN 14651 su un provino di calcestruzzo fibrorinforzato.

La resistenza residua del calcestruzzo fibrorinforzato, cioè la capacità del materiale di opporsi allo sviluppo della fessura, viene convenzionalmente definita “tenacità”.
Il comportamento a trazione del calcestruzzo fibrorinforzato può anche essere determinato con altre tipologie di prova, purché rientrino tra i metodi standard previsti dalle normative nazionali o internazionali e si dimostrino i fattori di correlazione con i parametri della norma UNI EN 14651. Per fibre con comportamento a lungo termine sensibilmente influenzato da fenomeni di viscosità, i valori della tensione nominale post-fessurazione, descritti in precedenza, devono essere verificati con prove di lunga durata.

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Nell'articolo completo:

• Altre caratteristiche del cls
  
• Classe di esposizione ambientale
  
• Classe di resistenza
  
• Scelta della consistenza
  
• Prescrizioni aggiuntive (bleeding, ritiro igrometrico, ecc..)
  
• Controllo generale del cantiere
  
• Controlli sul calcestruzzo fibrorinforzato strutturale per pavimentazioni in calcestruzzo