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· · Meccanica delle Strutture · Strutture in Calcestruzzo Fibrorinforzato · · CALCESTRUZZO FIBRORINFORZATO: CARATTERISTICHE GENERALI · Bruno
Rossi · · INTRODUZIONE · Caratteristiche
delle fibre di acciaio per il rinforzo del calcestruzzo · Caratteristiche
meccaniche dei calcestruzzi rinforzati con fibre · COME
SI IDENTIFICA UN CALCESTRUZZO FIBRORINFORZATO
· Conclusioni · · ·
·
· L'inserimento
nel portale di questo articolo, pubblicato sulla rivista STRADE &
AUTOSTRADE n° 55 Gennaio/Febbraio 2006, è stato
autorizzato della Direzione della Casa Editrice Edi-Cem Srl INTRODUZIONE
Un calcestruzzo fibrorinforzato può essere
ottenuto aggiungendo all’impasto diversi tipi di fibre: metalliche (essenzialmente
in acciaio), naturali e sintetiche di vario tipo. L’aggiunta di fibre nel
calcestruzzo ha diversi scopi: - aumento della duttilità - aumento della resistenza a fatica - miglioramento della resistenza
all’impatto ed all’abrasione - riduzione della microfessurazione e degli
effetti del ritiro - miglioramento della resistenza al fuoco L’uso del calcestruzzo rinforzato con fibre
d’acciaio è in continua espansione, sia in termini quantitativi che
applicativi. Dai settori tradizionali del calcestruzzo proiettato per il
rivestimento provvisorio delle gallerie e del calcestruzzo gettato in opera
per le pavimentazioni industriali, questa tecnologia si sta diffondendo alla
prefabbricazione, come nel caso di tegoli per la copertura di capannoni e dei
conci per il rivestimento finale delle gallerie. Le figure che seguono mostrano le tipologie
di fibre di maggior utilizzo: fibre di polipropilene (Figura 1), fibre di
vetro (Figura 2), fibre Fe-Cr flessibili (Figura 3), fibre da filo di acciaio
(Figura 4), fibre da filo di acciaio a basso contenuto di C (Figura 5), fibre
di acciaio ondulate (Figura 6), fibre di cellulosa (Figura 7), mesofibre di
acciaio (Figura 8), fibre di acciaio rettilinee (Figura 9), microfibre di
acciaio (Figura 10).
Figura 1 Figura 2
Figura 3 Figura 4 Figura 5
Figura 6 Figura 7
Figura 8 Figura 9
Figura
10 Attualmente, per le fibre d’acciaio e per i
calcestruzzi ottenuti con esse, esistono diverse norme e progetti di norme,
nazionali ed internazionali. Caratteristiche
delle fibre di acciaio per il rinforzo del calcestruzzo La norma UNI 11037/03 – “Fibre d’acciaio da
impiegare nel confezionamento di conglomerato cementizio rinforzato”,
definisce i requisiti che le fibre in acciaio devono possedere per il
rinforzo del calcestruzzo e ne identifica le caratteristiche chimiche,
geometriche e meccaniche, con le relative classificazioni e tolleranze. Di
seguito le caratteristiche citate: - Lunghezza L - Diametro equivalente De - Rapporto d’aspetto l = L / De - Resistenza a trazione Ri - Forma - Processo produttivo - Composizione chimica - Rivestimento superficiale Nella Tabella 1 sono indicate le
caratteristiche meccaniche dei materiali delle fibre. Per completezza di
informazione, specie nel caso di fibre non metalliche, sarebbe bene
richiedere al produttore anche le seguenti altre proprietà meccaniche: - Allungamento a rottura e = DL / L - Modulo elastico E - Tensione allo 0,2 di deformazione residua
Rp0,2 Caratteristiche meccaniche dei materiali
delle fibre
Tabella 1 Caratteristiche meccaniche
dei calcestruzzi rinforzati con fibre Per la parte relativa alle proprietà
meccaniche dei calcestruzzi fibrorinforzati, tra le norme più importanti vi
sono Nella Parte I della UNI 11039 si
definiscono le caratteristiche ed i requisiti dei calcestruzzi rinforzati con
fibre d’acciaio, confezionati in cantiere, in stabilimento di
prefabbricazione, in laboratorio e preconfezionati. Particolare rilevanza riveste il prospetto
sulle classi di duttilità D0 e D1, dove D0 indica
la duttilità del fibrorinforzato nel campo di apertura media di fessura compreso
fra 0 e La norma UNI 11039 definisce esplicitamente
“non rinforzati con fibre d’acciaio” quei calcestruzzi per i quali si abbiano
valori dell’indice di duttilità D0 < 0,5. La ragione di tale scelta
sta nella constatazione sperimentale (Figura 11, Figura 12, Figura 13) che
provini di calcestruzzo senza fibre, testati a flessione, per classi di
calcestruzzi da C20 a C90, hanno dato valori di duttilità D0 ~
0,20 ÷ 0,35. Ove per altri tipi di fibre manchino norme specifiche,
Figura 11
Figura
12
Figura
13 Nelle due figure sotto
sono riportati i grafici sperimentali di prove di flessione UNI 11039 per cls
ottenuti aggiungendo la stessa percentuale volumetrica di fibre (0.5 % in
volume), ma utilizzando fibre sintetiche nel primo caso (Figura 14) e fibre
di acciaio nel secondo caso (Figura 15). Nel primo caso, fibre sintetiche di
tipo polimerico, l’indice di duttilità D0 è risultato minore di
0.5.
Figura 14
Figura
15 Sempre nella Parte I, si indica il dosaggio
minimo di fibre di acciaio in In conclusione, per le fibre di acciaio
esistono attualmente due prescrizioni, sul dosaggio minimo e sulla duttilità
minima, che hanno lo scopo di tutelare gli applicatori riguardo al
mantenimento di un livello prestazionale adeguato. Ad integrazione di quanto
esposto va detto che, recentemente, sono state pubblicate le Istruzioni
CNR_DT204_2006, le quali danno una definizione analoga del dosaggio minimo e
della duttilità minima necessaria agli usi strutturali, espressa in termini
di resistenza a trazione diretta residua in esercizio che, indirettamente,
può essere ricavata anche dalle prove di flessione UNI 11039.
Figura 16
Figura
17 COME
SI IDENTIFICA UN CALCESTRUZZO FIBRORINFORZATO Di seguito, un riepilogo delle
caratteristiche che identificano un calcestruzzo fibrorinforzato: - Classe di resistenza a compressione (UNI
EN 206-1) - Classe di consistenza (UNI EN 206-1) - Classe di esposizione UNI EN 206-1) - Dimensione massima dell’aggregato (UNI EN
12620) - Classe di resistenza di 1a
fessurazione (UNI 11039) - Indice di duttilità D0 (UNI
11039) - Indice di duttilità D1 (UNI
11039) A tali caratteristiche andrebbero aggiunte
informazioni supplementari quali: - Caratteristiche delle fibre impiegate
(secondo UNI 11037 ed aggiuntive) - Dosaggio minimo (in % di volume o in kg/m3)
necessario al raggiungimento della duttilità minima Il problema nasce per altri tipi di fibre,
per le quali non esistano norme che, ad esempio, indichino il dosaggio minimo
(in kg/m3 o in % in volume) necessario al
raggiungimento della duttilità minima e, più in generale, un insieme di
regole che permettano di controllare i requisiti delle fibre e le proprietà
meccaniche dei relativi compositi rinforzati. Una risposta potrebbe venire dal progetto
di norma prUNI U32045140 – “Progettazione, esecuzione e controllo degli
elementi strutturali in calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio”, redatto
dal Gruppo di Lavoro “Calcestruzzo Fibrorinforzato” della Sottocommissione
SC4 ”Prefabbricazione” della “Commissione Ingegneria Strutturale” (CIS)
dell’UNI. Tale norma definisce i requisiti di resistenza, funzionalità e
durabilità degli elementi strutturali realizzati in calcestruzzo rinforzato
con fibre d’acciaio, con o senza la presenza aggiuntiva di armature tradizionali
(lente e/o pretese). La norma si applica agli elementi prefabbricati, sia di
serie che occasionali, ed alle strutture gettate in opera. Ai fini delle
applicazioni strutturali del fibrorinforzato si distinguono diversi tipi di
comportamento: - Tipo A - degradante (softening) - Tipo B - incrudente (hardening) - Tipo C - sovraresistente (over-resistant)
In funzione del tipo di comportamento, si
potrà tenere conto o meno della resistenza a trazione del materiale in
determinate situazioni statiche. Ad esempio, nel caso di comportamento
degradante (softening), ottenibile con una percentuale in volume di fibre
d’acciaio relativamente contenuta, per gli impieghi strutturali previsti dal
progetto di norma, per lo specifico stato di sollecitazione, è richiesto un
valore di resistenza equivalente pari a: Peq ≥ 0,5 PI dove Peq è la resistenza
equivalente per una determinata deformazione o apertura di fessura e PI
è la resistenza di prima fessurazione. In caso contrario, nelle verifiche di
resistenza va trascurata la resistenza a trazione del fibrorinforzato Conclusioni Il calcestruzzo fibrorinforzato è un
materiale in rapida espansione. Le possibilità offerte dalla tecnologia e
dalla chimica dei materiali ne allargano continuamente le possibilità
applicative. Si pensi all’uso con gli autocompattanti (Self Compacting
Concrete) e con i compositi cementizi ad alta ed altissima resistenza (Ultra
High Performance Fibre Reinforced Cement Composite): è possibile ottenere
materiali duttili con altissime prestazioni meccaniche, con comportamento
incrudente a trazione diretta, con contenuti superiori al 2% in volume di
fibre di acciaio ad alto contenuto di carbonio. Questa evoluzione necessita di un adeguato
impianto normativo che regolamenti i controlli sui componenti e sui compositi
stessi. In ambito italiano (Istruzioni CNR_DT204_2006) ed Europeo è in atto
un’intensa attività normativa. |
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