Pavimentazioni industriali in FRC ad elevate prestazioni: caso applicativo per un terminal logistico

Pavimentazione in calcestruzzo fibrorinforzato: il progetto per un terminal logistico

All'interno dell'articolo si descrive il processo progettuale del team Fibrocev per realizzare la pavimentazione di un terminal logistico in cls fibrorinforzato in ottica di garantire le alte prestazioni richieste, ridurre le tempistiche e ottimizzare l’utilizzo della rete elettrosaldata.

Il calcestruzzo fibrorinforzato è un materiale composito – appartiene alla famiglia dei calcestruzzi speciali – costituito da calcestruzzo ordinario a cui vengono aggiunti elementi fibrosi alla matrice cementizia.

I componenti principali di un calcestruzzo fibrorinforzato sono:

• matrice costituita da calcestruzzo ordinario
• elementi fibrosi discontinui dispersi nella matrice

L'aggiunta di fibre in forma dispersa in un impasto cementizio ne modifica le proprietà meccaniche e fisiche e, in particolare, ne migliora la resistenza a trazione, contrastando la progressiva apertura di fessure.

In un calcestruzzo fibrorinforzato le fibre svolgono una vera e propria azione di cucitura, limitando notevolmente la formazione di fessurazioni.

In particolare, una volta che la matrice è fessurata, le fibre sono in grado di mostrare il loro contributo, conferendo al composito una buona resistenza post-fessura, assente nel calcestruzzo privo di fibre.

La presenza delle fibre, quindi, conferisce al calcestruzzo dopo la fessurazione:

• notevole resistenza residua a trazione
• buone caratteristiche di tenacità e durabilità
• buona resistenza all'urto, alla fatica e all'abrasione

Dopo più di 50 anni di ricerca in tutto il mondo, il calcestruzzo fibrorinforzato trova ufficialmente spazio nelle normative tecniche italiane ed internazionali, come ad esempio nel fib Model Code.

La presenza di fibre nel calcestruzzo, inoltre, può ridurre la propagazione delle fessure del ritiro igrometrico grazie alla loro azione di cucitura.

La scelte delle fibre

Per questo motivo i calcestruzzi fibrorinforzati (con fibre di acciaio o polimeriche) sono frequentemente utilizzati per la realizzazione di pavimentazioni industriali, in cui le fibre sostituiscono o integrano le reti di acciaio per contrastare la propagazione delle fessurazioni.

Per quanto riguarda le fibre, esse sono caratterizzate non solo dal tipo di materiale, ma anche da parametri geometrici:

•  la lunghezza della fibra (lf), ovvero la distanza tra le estremità della fibra misurata secondo le specifiche norme di riferimento
• il diametro equivalente (df), cioè il diametro di un cerchio di area pari all'area media della sezione trasversale della fibra
• il rapporto d’aspetto, definito come il rapporto tra la lunghezza e il diametro equivalente della fibra
• la forma (fibre diritte, ondulate, uncinate, ecc.)

I principali vantaggi derivanti dall'utilizzo delle fibre sono sia costruttivi che strutturali:

• l'eliminazione (o la notevole riduzione) dei tempi di messa in opera dell'armatura tradizionale,
• riduzione dei costi di materiale e dei tempi di realizzazione,
• miglioramento del comportamento fessurativo (con conseguente aumento della durabilità dell'opera).

Il principale vantaggio offerto dalle fibre è quello di migliorare la duttilità del calcestruzzo nella fase successiva ai fenomeni fessurativi. Infatti, poiché l'allungamento di tutte le fibre è di circa 2-3 ordini superiore alla deformazione della matrice cementizia, il cedimento del conglomerato avviene molto prima che si verifichi il cedimento delle fibre.

Pertanto, le fibre riducono il comportamento fragile della matrice del calcestruzzo.

Le fibre FIBRAG® STEEL: F-W 50/50 MT, utilizzate per l’intervento descritto, sono fibre di acciaio ottenute da filo di acciaio trafilato a freddo (Gruppo I – EN 14889-1) a basso contenuto di carbonio, per il rinforzo del calcestruzzo e di altri conglomerati cementizi.

Le nostre fibre sono in grado di migliorare significativamente le proprietà meccaniche del calcestruzzo come la durabilità, aumentando la resistenza alla trazione e alla fatica, e la duttilità del calcestruzzo stesso.

L'utilizzo delle fibre di acciaio per la produzione di calcestruzzi di alta qualità e durabilità, quindi, ha reso possibile un nuovo e radicale cambiamento sia nella progettazione che nei tempi di realizzazione di pavimentazioni ed elementi in calcestruzzo, consentendo la realizzazione di strutture ad alto impatto estetico più performanti, più funzionali e con una riduzione dei costosi cicli di manutenzione.

Ciò consente di rispettare pienamente le ambiziose aspettative dei clienti, in quanto una soluzione in calcestruzzo fibrorinforzato FRC è tecnicamente valida, ma soprattutto economicamente vincente e vantaggiosa.

Il modello di calcolo

Il progetto di una pavimentazione industriale si basa sulla schematizzazione della piastra su un supporto continuo, in cui il terreno di sottofondo viene modellato come un insieme di elementi elastici indipendenti (teoria di Winkler).

Vengono quindi eseguite dapprima analisi allo Stato Limite di Esercizio (SLE) verificando la deformabilità della piastra al gradiente termico e la fessurazione da ritiro.

La verifica allo Stato Limite Ultimo (SLU) della pavimentazione in calcestruzzo fibrorinforzato viene invece condotta confrontando il valore di progetto delle azioni sollecitanti con i corrispondenti valori resistenti ottenuti dalle resistenze residue del calcestruzzo fibrorinforzato.

Le analisi numeriche prevedono l’utilizzo di un legame costitutivo a trazione post-fessurazione determinato sulla base di prove sperimentali sul materiale fibrorinforzato in accordo con la normativa UNI EN 14651. Tale norma prevede lo svolgimento di prove sperimentali di flessione su tre punti di carico, condotte su elementi intagliati di dimensione 600x150x150mm, mediante i quali è possibile determinare le due principali resistenze post-fessurazione: la prima, tipica per le condizioni di esercizio SLE, è la tensione residua (fR1) raggiunta in corrispondenza di un’apertura alla base dell’intaglio CMOD pari a 0.5 mm; la seconda, tipica per lo stato limite ultimo SLU, è la tensione residua (fR3) individuata in corrispondenza di un CMOD pari a 2.5 mm.

La tipologia strutturale e la soluzione progettuale

Per garantire le prestazioni richieste, è stata valutata una soluzione progettuale fibrorinforzata considerando l’impiego di un calcestruzzo FRC con una classe di resistenza residua pari a 2.5c che, considerando il contributo congiunto della rete elettrosaldata prevista, ha permesso il soddisfacimento delle verifiche ai carichi agenti.

Sulla base dei test a flessione secondo EN 14651 effettuati presso il Laboratorio interno Fibrocev, per il raggiungimento delle prestazioni indicate è stato previsto l’uso di fibre in acciaio strutturali FIBRAG® STEEL: F-W 50/50 MT in ragione di 25 kg/m3 di calcestruzzo.

Come si può vedere in dettaglio nella Tabella 1, per l’intervento in esame sono state fornite le specifiche progettuali in funzione delle prestazioni date dal sottofondo e dai carichi agenti, considerando la tipologia di calcestruzzo più idonea (classi di resistenza, di esposizione e di consistenza) e diversi tipi di rete in acciaio nella posizione interna, ai bordi liberi e agli angoli liberi (gli elementi più deboli di una piastra in calcestruzzo) della pavimentazione.

Grazie all’elevato grado di miscelabilità e di distribuzione uniforme all’interno della matrice cementizia, le fibre FIBRAG® STEEL forniscono un eccellente rinforzo tridimensionale della sezione, incrementando la resistenza ultima a trazione del calcestruzzo e controllando in maniera attiva il ritiro igrometrico del calcestruzzo, oltre a garantire una maggiore durabilità delle pavimentazioni stesse.

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La mission di Fibrocev

Fibrocev Srl è un’azienda che da oltre 35 anni è specializzata nella produzione di fibre d’acciaio (EN 14889-1, in conformità sia al Gruppo II che al Gruppo I) e di fibre polimeriche (EN 14889-2).

Ampiezza di gamma, alto livello qualitativo dei prodotti e capacità di sviluppo di soluzioni progettuali personalizzate, rappresentano il nostro punto di forza nel campo delle pavimentazioni in calcestruzzo e strutture in genere.

La nostra profonda conoscenza tecnica ci ha portati a sviluppare soluzioni che rispondono alle più esigenti richieste progettuali. Il nostro ufficio tecnico può garantire o supportare i servizi di:

• Dimensionamento/Progettazione preliminare di pavimentazioni in calcestruzzo fibrorinforzato
• Dimensionamento/Progettazione esecutiva di pavimentazioni in calcestruzzo fibrorinforzato
• Dimensionamento/Progettazione di strutture in genere in calcestruzzo fibrorinforzato
• Assistenza di cantiere in fase di realizzazione

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