Prestazioni dei misti cementati Fibrorinforzati con fibre FIBRAG®

Marco Brambilla - Ingegnere, Technical Manager FIBROCEV SRL 13/06/2018 1949

ABSTRACT

L’articolo illustra il comportamento meccanico dei misti cementati fibrorinforzati con fibre FIBRAG® attraverso un modello di analisi delle vita utile a fatica e una serie di test sperimentali in laboratorio. 
Nella prima fase dello studio è stato analizzato il comportamento di campioni sottoposti a prova di trazione indiretta. Si sono presi in considerazione tre tenori di cemento (0%,2.5% e 3.5%) e tre dosaggi di fibra (0%, 0.28%, 0.45%). Per ciascuna combinazione sono stati confezionati 3 provini e mediati i risultati. Ulteriori analisi hanno riguardato l’evoluzione delle prestazioni a fatica mediante un modello teorico mutuato dal campo dei conglomerati cementizi, che si basa sul confronto tra l’inviluppo dei cicli di isteresi e la curva σ−ε di una prova a trazione indiretta. 

This paper reports the experimental results and theoretical fatigue analysis carried out on fiber-reinforced cemented base with FIBRAG® fibers. In the first phase split tensile tests was performed under different cement moisture content (0%, 2.5%, 3.5%) and fiber percentage (0%, 0.28%, 0.45%). A fatigue analysis was developed, using experimental result and a theoretical model of cement concrete, based on comparison of the hysteretic envelope of load cycles and σ−ε curve in tensile condition.

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APPLICAZIONI DEL MISTO CEMENTATO FIBRORINFORZATO
Le applicazioni del misto cementato fibrorinforzato sono molteplici: sottofondazioni stradali, aeroportuali, portuali e ferroviarie; sottofondazioni di piazze e parcheggi sottoposti ad alti carichi di esercizio.

INTRODUZIONE

In una prima fase, in assenza di fessurazione, il comportamento del materiale è assimilabile a quello di uno strato rigido dotato di resistenza flessionale. Successivamente, in seguito ai carichi, al ritiro e alle sollecitazioni dovute a cicli termici, si produce una fessurazione diffusa. L’interasse delle fessurazioni trasversali dipende dalle caratteristiche di resistenza del materiale e può essere collegato, a parità di altre condizioni, al dosaggio di legante della miscela. Un basso dosaggio di cemento determina minori fessure, ma esse crescono in estensione, interasse e apertura all’aumentare della quantità di legante.

Anche il modulo elastico cresce con il tenore di cemento, aumentando le aliquote di sforzo nel materiale, senza che esso abbia sufficienti caratteristiche di resistenza. Il risultato è dunque quello di una fessurazione latente che si origina nelle prime fasi di stesa e maturazione.

L’estensione e l’evoluzione di essa dipenderà fortemente dalle condizioni termiche, igrometriche e dai carichi di traffico in esercizio. L’intensità e il numero di questi conducono a fenomeni di fatica che sono direttamente connessi alla fragilità del materiale. La singola fessura, dopo la suaformazione, si propaga aumentando progressivamente la sua apertura in corrispondenza di ciascun ciclo di carico e proporzionalmente all’intensità di questo. 

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Il risultato finale è quello di un materiale che può essere al più considerato un buon misto granulare stabilizzato. Ulteriore aspetto critico può essere individuato nel fatto che quasi tutti i manufatti terrosi risentono di fenomeni di post-consolidamento durante il primo anno di vita utile. Ciò può determinare la riduzione nell’omogeneità e costanza del supporto su cui poggia il misto cementato che vede così incrementare le sollecitazioni di trazione per flessione. 

Da ciò consegue che il miglioramento delle prestazioni dei misti cementati passa attraverso l’incremento delle caratteristiche di resistenza a trazione, in particolare nelle prime fasi di messa in opera del materiale e durante il primo e secondo anno di vita utile.

Una promettente tecnologia è quella di  conseguire tale miglioramento introducendo fibre per un rinforzo tridimensionale. Sinora, la potenziale corrosione delle fibre d’acciaio, ha indotto gli sperimentatori a non esplorare adeguatamente le possibilità offerte da questo materiale composito e, pertanto, in letteratura esistono pochi studi. Con l’avvento delle fibre polimeriche però, sono stati superati i problemi di corrosione delle fibre stesse.

Nell’articolo dapprima vengono illustrati i risultati dei test sperimentali condotti in laboratorio sui misti cementati fibrorinforzati e la loro applicazione all’interno di una sovrastruttura semirigida. Successivamente viene illustrato il comportamento a fatica atteso per tali materiali, attraverso la modifica di un modello valido per i conglomerati cementizi. 

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