Platea per armamento ferroviario a massa flottante con fibre sintetiche di nuova generazione

In questo articolo viene presentato l’intervento di manutenzione straordinaria dell’armamento tranviario di Porta Lodovica a Milano. L’intervento ha comportato il rinnovo dei binari in corrispondenza di diverse diramazioni e di diversi incroci. I nuovi binari sono stati posati su platea di calcestruzzo fibrorinforzato (fiber-reinforced concrete, FRC) a massa flottante. La scelta di utilizzare calcestruzzo fibrorinforzato ha comportato apprezzabili vantaggi in termini di riduzione dello spessore della platea e riduzione dei tempi di costruzione.

Nel progetto è stato scelto di utilizzare fibre polimeriche invece delle tradizionali fibre metalliche per le loro migliori prestazioni in termini di resistenza alla corrosione e per evitare interferenze con i sistemi a radiofrequenza di gestione degli scambi. Nell’articolo sono descritti i materiali utilizzati, le prove di caratterizzazione meccanica del calcestruzzo fibroso ed i criteri di progetto dell’intervento.

I vantaggi nell'utilizzo del calcestruzzo fibrorinforzato

ATM, gestore del trasporto pubblico di Milano, usa calcestruzzo fibrorinforzato (fiber-reinforced concrete, FRC) per la realizzazione di platee flottanti nella rete tranviaria di Milano da circa 10 anni.
L’esigenza di utilizzare fibre sintetiche in sostituzione totale o parziale dell’armatura tradizionale è nata inizialmente per risolvere problematiche connesse alle interferenze provocate dall’armatura nel sistema a radiofrequenza per la gestione degli scambi.

La presenza di fibre nel calcestruzzo consente una riduzione significativa dell’armatura necessaria e di conseguenza una più rapida e sicura posa dell’armamento limitando le interferenze tra tasselli dell’attacco e armatura e velocizzando di conseguenza fortemente la posa.

In questo articolo viene presentato l’intervento di manutenzione straordinaria dell’armamento tranviario di Porta Lodovica a Milano, nel quale è stato utilizzato calcestruzzo con una miscela di fibre polimeriche innovative caratterizzate da diversi moduli elastici e diverse resistenze a trazione per la realizzazione delle platee flottanti. Gli obiettivi progettuali dell’intervento sono i seguenti:

1. garantire uno smorzamento vibrazionale pari ad almeno 10dB a 63Hz rispetto alla soluzione su ballast;
2. garantire una resistenza a fatica per almeno 107 cicli di carico;
3. ottimizzare la costruzione della platea in presenza di continui allargamenti di sezione;
4. velocizzare i tempi di costruzione.

Campagna sperimentale

Materiali

L’uso di calcestruzzi sostenibili, cioè con l’eliminazione parziale o totale di elementi metallici e con la riduzione delle dimensioni degli elementi strutturali sottoposti a carichi dinamici, induce ad utilizzare macrofibre polimeriche di nuova generazione.

Nell’applicazione presentata in questo articolo sono state utilizzate fibre polimeriche a Marchio CE per applicazioni strutturali. Queste fibre presentano importanti vantaggi rispetto alle tradizionali fibre metalliche in quanto, contrariamente a queste ultime, non sono soggette a corrosione (Radaelli et al. 2020) e non producono interferenze nel sistema a radiofrequenza utilizzato per la gestione degli scambi.

La miscela di fibre utilizzata, denominata FIBERMAHAC RLW, è composta da due diversi tipi di fibre polimeriche, con modulo elastico e resistenza a trazione diversi, indicate come Fibre A e Fibre B in Tabella 1, per soddisfare i requisiti del Marchio CE secondo la norma EN 14889 -2- 2006 (UNI 2006) e quelli definiti nelle linee guida CNR- DT 211 (CNR 2014) e CNR-DT 204 (CNR 2006)
per la realizzazione di elementi strutturali.
La tabella 1 riporta le caratteristiche chimico-fisiche e meccaniche della miscela di fibre.

Caratterizzazione meccanica

Il calcestruzzo con la miscela di fibre R_LW è stato caratterizzato per mezzo di prove di flessione su travetti con intaglio eseguite in accordo con la linea guida UNI EN 14651 (UNI 2007). Sono stati considerati diversi dosaggi V_f di fibre, tra 2.5 kg/m³ e 6.5 kg/m³, e diverse resistenze a compressione f_c del calcestruzzo, tra 29.4 MPa e 60.1 MPa. Alcune tipiche curve F-CMOD (forza-apertura dell’intaglio) sono mostrate in Figura 1.

Sulla base dei risultati di queste prove ed assumendo un modello s-w (tensione- apertura della fessura) degradante (CNR 2006; CNR 2014) sono state determinate le resistenze residue f_Ft1 = f_Fts e f_Ft3 = f_Ftu, corrispondenti rispettivamente ad una apertura dell’intaglio pari a CMOD1=0.5 mm e CMOD3=2.5 mm. Queste resistenze residue sono determinate imponendo l’uguaglianza tra il momento flettente in mezzeria corrispondente alle aperture dell’intaglio prefissate e il momento flettente calcolato sotto l’ipotesi di conservazione delle sezioni piane e modello s-w degradante.

È inoltre stata determinata la resistenza residua che si ottiene considerando un modello ð-w rigido- plastico (CNR 2006; CNR 2014). I risultati ottenuti sono riassunti nella Tabella 2. Ogni resistenza riportata in detta tabella è la media delle resistenze de- terminate sulla base dei risultati sperimentali di tre provini nominalmente uguali.

Sono inoltre state eseguite prove di flessione su piastre quadrate di lato 500 mm e spessore 100 mm semplicemente appoggiate in corrispondenza dei quattro lati. Alcune tipiche curve P-d (forza- abbassamento del centro) ottenute sono mostrate in Figura 2. Queste curve presentano due picchi che corrispondono alla formazione di due fessure lungo gli assi di simmetria paralleli ai lati delle piastre.

Questa configurazione di fessure rappresenta il meccanismo di collasso del sistema. Nella stessa figura sono mostrati i carichi di collasso Pu valutati in accordo con il meccanismo di collasso osservato e considerando il modello rigido-plastico del calcestruzzo fibrorinforzato (tensione residua *F_TU riportato in Tabella 2.

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Conference - Napoli, 12-15 ottobre 2022
Evento organizzato da aicap e CTE