Pavimenti senza giunti: tecniche, aspettative e problemi

I problemi principali del calcestruzzo: contrazione da ritiro e bassa resistenza a trazione

Il calcestruzzo convenzionale ha due intrinseche caratteristiche, che impongono delle limitazioni al suo utilizzo: la contrazione da ritiro che subisce quando si asciuga e la sua bassa resistenza a trazione.
Questi due fattori sono i principali responsabili dei tipici difetti del materiale, soprattutto in elementi fortemente esposti come pavimentazioni industriali e solai: la comparsa di fessure da ritiro, che ha due cause:

a) qualsiasi impedimento alla contrazione, e in particolare quello causato dall'attrito della lastra con il terreno,
b) l'asciugatura differenziale tra la superficie esposta all’aria e la base a contatto con il terreno o sottofondo.

La classica soluzione per ovviare al problema delle fessurazioni è quella di limitare le dimensioni delle lastre mediante giunti di contrazione, per indurre la formazione di fessure in punti prestabiliti. Sia il numero che le caratteristiche delle fessure casuali che possono apparire in un pavimento in calcestruzzo dipendono dalla spaziatura dei giunti stabilita progettualmente.

Purtroppo, se da una parte la formazione di giunti permette di controllare la fessurazione, il deterioramento dei giunti in conseguenza del traffico veicolare costituisce uno dei punti più critici delle pavimentazioni in calcestruzzo, e il loro comportamento sarà uno dei principali fattori della durabilità della pavimentazione.

Di conseguenza, è una sfida permanente trovare metodi e tecnologie per ridurre il numero di giunti aumentando la distanza tra loro cercando di progettare ed eseguire lastre di grandi dimensioni.

Pavimenti con rinforzo per il controllo delle fessure

Secondo la Portland Cement Association (Manuale PCA; Tarr e Farny 2008) la spaziatura tra i giunti nelle lastre di calcestruzzo dipende dallo spessore, dal potenziale valore del ritiro del calcestruzzo, dal raffreddamento della lastra durante e dopo l'esecuzione del pavimento, e dalle condizioni di stagionatura.

In bibliografia sono numerose le indagini sulla spaziatura tra i giunti. In particolare la materia è stata oggetto di studio nel caso della realizzazione di pavimentazioni esterne.

Tuttavia, in pratica, indipendentemente dallo spessore delle lastre e dal meccanismo di trasferimento del carico previsto, la distanza tipica comunemente progettata, quando si utilizza calcestruzzo a vista, rimane pari a 4,5 m. La tipica armatura in acciaio (rete elettrosaldata) viene solitamente utilizzata per aumentare le dimensioni delle lastre. Tuttavia, le barre rimangono inattive fino a quando non avviene la fessura, ed è da quel momento che reti iniziano a ricevere e trasmettere gli sforzi.

Pertanto, non possono impedire la formazione di fessure, ma possono contenere la loro dimensione (Holland, 2013). Se l'uso di barre di acciaio è considerato come armatura, quando la quantità (area acciaio/area calcestruzzo) è uguale o inferiore allo 0,1%, la distanza tra i giunti deve essere simile a una lastra senza armatura (Walker e Holland 2007) [3]

L'esperienza statistica indica che, per aumentare la distanza tra i giunti oltre i 5,0 m, è necessario un aumento significativo dell'armatura delle barre di acciaio, come si può vedere in Fig. 1; la linea tratteggiata risponde all'esperienza statistica e la linea retta risponde all'equazione di resistenza (Drag Equation) (Altamirano et al, 2017).

Per progettare lastre di grandi dimensioni (> 30 m), mantenendo un'apertura di fessura accettabile per le condizioni di servizio, è necessario utilizzare un'armatura continua nella parte superiore della soletta con una quantità compresa tra 0,50 e 0,60%. Quantità comprese tra lo 0,1% e lo 0,5% non sono sufficienti per controllare l'apertura di fessure in queste lastre. È inoltre necessario utilizzare impasti cementizi a bassa contrazione (≤ 0,04%) e posizionare sul fondo un materiale che riduca il coefficiente di attrito tra sottofondo e lastra.

Un esempio di esecuzione di un pavimento con la tecnologia di lastre con un'elevata quantità di acciaio per aumentare la distanza tra i giunti è quello che è stato eseguito nella città di San Antonio de Areco, provincia di Buenos Aires, Argentina nel 2002.

I parametri erano i seguenti:

• a) Area totale 3.200 m²;
• b) Dimensioni delle lastre 30,0 m x 16,30 m x 0,15 m;
• c) Calcestruzzo: fcbk = 21 Mpa; contenuto di cemento (OPC) = 250 kg/m3; rapporto a/c = 0,43; assestamento (cono di Abrams) = 8-10 cm; additivo superfluidificante di media efficienza;
• d) Una maglia di barre di acciaio nel terzo superiore e un'altra nel terzo inferiore di diametro = 10 mm e suddivisa in entrambe le direzioni = 15 cm (quantità = 0,70%);
• e) Base: 1 cm di sabbia per minimizzare l'attrito.

Tre mesi dopo la sua esecuzione, sono state osservate solo tre piccole fessure. Il pavimento ha mantenuto le sue condizioni di servizio ancora oggi, dopo 20 anni di utilizzo.

Pavimenti con calcestruzzo a ritiro compensato

Il calcestruzzo a ritiro compensato (HRC) è un calcestruzzo che si espande durante l'indurimento iniziale in condizioni umide di una quantità pari o leggermente superiore al successivo ritiro igrometrico previsto e che, opportunamente contrastato con barre di acciaio o altri mezzi, subirà una certa compressione, che si allenterà durante la successiva esposizione all'aria. Il risultato atteso è che, nel suo stato di equilibrio finale, l'HRC rimanga senza tensione o con una leggera compressione residua, eliminando il rischio di fessurazione (Fernández Luco et al, 2003)

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(Traduzione a cura dell'Ing. Gianluigi Pirovano)