I giunti di costruzione sinusoidali nelle pavimentazioni industriali in calcestruzzo

Gian Luigi Pirovano - Ingegnere forense, esperto in tecnologie e patologie di degrado dei materiali da costruzione, Stemco s. r. l. Bergamo 05/11/2018 2465

Nell’anno 2009 la rivista PSC “Pavimenti e Superfici Continue” organo della Conpaviper pubblicava nel numero 02 un mio articolo sui giunti di costruzione dal titolo “GIUNTI DI COSTRUZIONE: DAL BARROTTO AL DIMENSIONAMENTO”.

In quell’articolo veniva illustrata una panoramica sull’evoluzione del settore, con il passaggio dai vecchi barrotti tondi a quelli quadrati, dai monodirezionali ai bidirezionali,  e poi ai rombi, trapezi, cerchi, ecc).

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Fig. 1 - Barrotti tondi (1970 – 2000)

Fig. 2 - Barrotti a sezione quadrata (1980-2010)

Fig. 3 - Connettori a piastra (dal 2000)

L’estradosso del giunto veniva poi realizzato con elementi in acciaio preformati che, in abbinamento al sistema di trasferimento dei carichi, permetteva un conseguente, importante, rinforzo del giunto rispetto alle sollecitazioni dei carrelli.

Il progettista aveva finalmente a disposizione diverse possibili soluzioni per soddisfare tutte le esigenze progettuali.
In ogni specifico caso poteva essere prescritto il tipo di giunto ottimale in relazione ai carichi ed alle sollecitazioni previste, come pure alle generali condizioni ambientali, alle variazioni dimensionali delle lastre, alle modalità esecutive in relazione alle indicazioni progettuali.
L’evoluzione del giunto a biella conferma come l’attenzione su questo particolare esecutivo del pavimento industriale abbia prodotto sistemi sempre più performanti ed affidabili da inserire nel progetto.

Era quindi possibile dimensionare il trasferimento dei carichi in relazione alle specifiche situazioni analizzate dal progettista della pavimentazione.
Sempre nella rivista PSC, nel n.11 del 2011 veniva presentato un estratto di una ricerca condotta dal sottoscritto e dall’ing. Isidoro Langone avente per titolo:
Giunti di Costruzione: Analisi dello stato tensionale e deformativo in relazione ai connettori utilizzati

All’interno della quale venivano analizzati gli aspetti tensionali e deformativi delle piastre di calcestruzzo sollecitate da un carico definito, in relazione:

  • al tipo di connettore inserito; 
  • alle caratteristiche del sottofondo;
  • all’apertura del giunto.

L’analisi condotta (sopra due esempi tra quelli riportati nell’articolo) evidenziava le varie differenze tra i possibili connettori utilizzati, come utile esempio per la progettazione in relazione alle sollecitazioni e ai carichi agenti sui giunti di costruzione/dilatazione.

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Fig. 4 - Spostamenti massimi relativi delle piastre connesse con barrotti tondi

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Fig. 5 - Esempio della deformazione tra piastre collegate con connettore trapezioidale

Tali verifiche, tuttavia, verificavano la piastra ma non le sollecitazioni all’estradosso del giunto causate dal passaggio delle ruote dei carrelli o dei mezzi in genere.
Le caratteristiche del giunto all’estradosso del pavimento e il suo rinforzo erano tuttavia un elemento progettuale indispensabile perché lo stesso potesse sopportare le sollecitazioni dinamiche e gli urti provocati dal passaggio dei carrelli, soprattutto con ruote dure.
Contestualmente l’evoluzione tecnologica della movimentazione delle merci portava sempre più spesso all’utilizzo di carrelli con ruote dure (Vulkollan, ecc.).
La durabilità del giunto in relazione alle sollecitazioni agenti all’estradosso della piastra diventava, e diventa sempre più, la nuova sfida del futuro per pavimentazioni di qualità. 

Questa evoluzione è stata recepita anche nel recente documento Tecnico del CNR
Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo delle Pavimentazioni di Calcestruzzo” (DT 211)

In questo documento vengono illustrate, in linea di massima, le varie aspettative di durata nel tempo dei vari tipi di giunti di costruzione, in relazione anche al tipo di ruote, come si evince dalla tabella sotto riportata.

Tabella 12.1. Durata indicativa dei giunti di costruzione.

Tipologia di giunto di costruzione

RUOTE MORBIDE

RUOTE DURE

durata

 

durata

 

Rifiniti con taglio meccanico

limitata

scarsa

Sigillatura con sigillante

limitata

scarsa

Giunti a travetto di resina

molto buona

buona

Giunti metallici preformati semplici

buona

mediocre

Giunti metallici preformati rinforzati

eccellente

molto buona


La Tabella 12.1 è da intendersi puramente indicativa al solo scopo di porre l’attenzione del Progettista a questo importante particolare esecutivo affinché, sulla base delle specifiche condizioni, possa trovare la tipologia più appropriata tra quelle offerte dal mercato. Questo perché la durata nel tempo di un giunto dipende da svariati fattori tra i quali certamente le sollecitazioni e la loro frequenza, ma anche dall’ampiezza dell’apertura del giunto stesso, dall’ambiente (esterno, interno), dalla deformazione lineare della piastra e dall’imbarcamento derivante dalla escursione termica ed igrometrica, dalla natura e dalle dimensioni delle ruote.”

In questi ultimi 10 anni la realizzazione dei giunti di costruzione all’estradosso della piastra si è orientata sempre più verso l’impiego di giunti preformati dotati di profili metallici rinforzati o giunti a travetto di resina.
La durabilità di tali soluzioni risulta essere infatti estremamente superiore alle altre categorie, così come indicato nella tabella 12.1 del documento CNR.
In questa fase l’evoluzione tecnologica aveva permesso di risolvere molti problemi relativi alle sollecitazioni dei carichi nella lastra e realizzare un alto livello di rinforzo del bordo del giunto all’estradosso.
Nonostante questi indubbi vantaggi raggiunti rimanevano ancora da risolvere alcuni aspetti tecnologici in relazione alle sollecitazioni causate dalle ruote dure all’estradosso, sui bordi dei giunti.

Le deformazioni causate dal ritiro di una piastra di pavimentazioni in calcestruzzo sono importanti.

Il normale ritiro del calcestruzzo, anche in presenza di buona tecnologia, è stimabile in 500 micron/metro (vedi linee guida Pavical) fino a ridursi a 300 micron in caso di calcestruzzi a basso ritiro.
Le pavimentazioni vengono solitamente eseguite in getti giornalieri, delimitati dai giunti di costruzione, con campiture di 600- 1200 m2, corrispondenti a dimensioni di 25 x 25, 35 x 35 metri.
Considerando anche gli attriti con il sottofondo e gli spessori della lastra, i rinforzi presenti, ecc., la maggior parte dei pavimenti industriali di quelle campiture, anche di buona qualità, presentano ritiri complessivi con deformazioni sui giunti mediamente compresi tra 8 e 15 mm.
Riscontrare 12 – 15 mm (in determinate specifiche situazioni anche oltre) di apertura dei giunti di costruzione è quindi del tutto normale, soprattutto nel caso dei pavimenti senza giunti, dove le contrazioni da ritiro si concentrano proprio nei giunti di costruzione.
Con questi valori di apertura dei giunti, anche se opportunamente realizzati e rinforzati con piatti in acciaio all’estradosso, le ruote dure dei carrelli che transitano ortogonalmente al giunto, ancor più se di piccolo diametro, producono ripetuti urti e sollecitazioni con effetti negativi sulla durabilità.

Proprio per tale motivo le raccomandazioni esistenti in materia (ad esempio TR 34) consigliano di non realizzare pavimentazioni di calcestruzzo con giunti di costruzione oltre i 30 – 35 metri.
E in ogni caso dovrà essere predisposto un adeguato programma di manutenzione.

PRESSIONE DI CONTATTO RUOTE / PAVIMENTO (NIT 204 –CSTB)

Il grafico in Figura 6 evidenzia come la sollecitazione prodotta da ruote in materiale duro risulti essere maggiore di 5 – 10 volte (e nel caso dell’acciaio anche fino a100 volte superiori) delle ruote in gomma morbida o pneumatici.

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 Fig. 6 - Tipi di ruota e pressione di contatto

Legenda:
RUOTE IN GOMMA MORBIDA – 1= Pneumatici – 2 = Gomma piena, Superelastiche 
RUOTE DURE – 3 = Vulkollan, PUR duro – 4 = Poliammide dura 
RUOTE IN ACCIAIO - 5

L’evoluzione dei giunti di costruzione preformanti per pavimentazioni industriali

Da quanto evidenziato e l’esperienza del settore maturata nelle realizzazioni di pavimentazioni industriali in questo ultimo decennio, lo sviluppo della sperimentazione sui giunti preformati ha prodotto un ulteriore importante salto di qualità.

I giunti preformati in acciaio a forma sinusoidale

Ritengo che questa evoluzione tecnica rappresenti oggi il più importante contributo al miglioramento delle prestazioni e alla durabilità del settore di questi ultimi anni.
Questo nuovo tipo di giunti è caratterizzato da una forma sinusoidale del profilo in acciaio del giunto presente all’estradosso, in alternativa al tradizionale giunto di forma lineare. 

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Fig. 7) Esempio di pavimento industriale con giunto sinusoidale

Nel caso di un giunto lineare piatto, durante il passaggio della ruota dura, perpendicolarmente allo stesso, ci sarà un momento dove la ruota   non troverà alcun appoggio, con una conseguente maggiore sollecitazione sullo spigolo della parte del giunto opposto al senso di transito.
Tale urto sollecita il piatto in acciaio che, a sua volta, oltre a deformarsi nel tempo, trasmetterà ripetuti micro urti nel calcestruzzo accoppiato al giunto.
Anche le ruote e i mezzi subiscono la sollecitazione causata tali micro urti e, in relazione alla frequenza dei passaggi e all’apertura del giunto, aumentano il loro degrado con i relativi costi di manutenzione e/o sostituzione.

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Fig. 8) In presenza di un giunto sinusoidale, soprattutto con aperture maggiori di 7 mm, la ruota avrà sempre un appoggio, evitando in tal modo l’urto sullo spigolo.

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Fig. 9) Simulazione FEM del passaggio della ruota

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Fig. 10) Vibrazione sul giunto causata dal passaggio dei carrelli

Come evidenziato nella fig.8 nel caso di apertura dei giunti particolarmente accentuata (10 – 15 mm) questa tipologia di giunto sinusoidale aiuta a contenere le gli urti e le vibrazioni conseguenti (come pure il rumore) migliorando in tal modo il confort ambientale e degli stessi operatori, anche in ottemperanza alla Direttiva Europea 2002/44/CE (vibrazioni).

Anche se in Italia solo ora si iniziano le prime applicazioni dei giunti sinusoidali, il mercato dei produttori italiani ed europei si presenta sul mercato con varie tipologie commerciali.
Nella parte finale dell’articolo vengono riportati alcuni esempi di giunti preformati sinusoidali, senza entrare nel merito della qualità e delle prestazioni dei singoli prodotti.
Come si può vedere il mercato si sta adeguando molto rapidamente alla nuova prevedibile richiesta, (così come era successo anche con i giunti piatti lineari) con il rischio che alcune proposte possano essere presentate dopo verifiche e/o collaudi limitati o frettolosi. 
Per tale motivo è consigliabile verificare con attenzione e spirito critico tali proposte, alla ricerca delle soluzioni ottimali.

Non tutto quel che è ferro è giunto di alte prestazioni e durabilità.

QUADRO RIASSUNTIVO PRESTAZIONALE

Nella sottostante tabella riporto alcune indicazioni dei vari tipi di giunto metallico in relazione alla loro conformazione e rispetto a vari parametri prestazionali più significativi.

Per evidenti motivi di semplificazione ho cercato di raggruppare in 3 distinte categorie i vari giunti presenti sul mercato, la tabella dovrà essere pertanto interpretata come indicazione di massima.

Per giunto semplice si intende un giunto di peso inferiore e con bordi superiori a vista di dimensioni limitate, per giunto rinforzato si intende un profilo a vista di maggior spessore e peso, per sinusoidale si intendono generalmente tutti quelli rappresentati nella foto n.7 e quelli riportati come esempio nella parte finale dell’articolo, ma solo se di spessore e peso adeguato.

 

Giunto lineare 

semplice

Giunto lineare 

rinforzato

Giunto 

sinusoidale

 

Apertura del giunto

 

5-7 mm

 

15 mm

 

5-7 mm

 

15 mm

 

15 mm

Durata del giunto

++

+

++++

+++

++++

Rottura del calcestruzzo adiacente

++

+

++++

+++

+++

Rottura ruote

++

+

+++

++

++++

Rottura carrelli

++

+

+++

++

++++

Costi manutenzione

++

+

+++

+++

++++

Velocità passaggio carrelli

+++

+

++++

+++

++++

Rumori

++

+

++++

+++

++++

Sollecitazioni sull’operatore

++

+

++++

+++

++++

Confort ambientale

++

+

++++

+++

++++

+ scadente

++ media

+++ buona

++++ ottima

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