Stop agli FRC a dosaggio di fibre. Con le Linee Guida solo calcestruzzi fibrorinforzati a prestazione garantita

Approfondimento sulle nuove linee guida del CSLLPP per la qualificazione del calcestruzzo fibrorinforzato (FRC)

Il calcestruzzo fibrorinforzato (FRC): usi, vantaggi, normativa

Il calcestruzzo fibrorinforzato (FRC) presenta, in molte applicazioni strutturali, una serie di importanti vantaggi, a partire dalla possibilità di sostituire, almeno in parte, l’armatura convenzionale. Ciò implica un risparmio sui tempi di realizzazione e posa dell’armatura, in aggiunta ai tempi per i controlli della direzione lavori. Il FRC è poi particolarmente utile per il controllo del quadro fessurativo in quanto la presenza del fibrorinforzo riduce l’ampiezza delle fessure, portando notevoli vantaggi alla durabilità dell’opera. 

Il FRC può infine essere utilmente impiegato anche per la riparazione, il ripristino e il rinforzo delle strutture e delle infrastrutture esistenti. 

L’ultima versione delle Norme Tecniche delle Costruzioni  include al Paragrafo 11.2.12, il calcestruzzo fibrorinforzato (FRC) tra i materiali per la realizzazione di elementi strutturali. Infatti, il Paragrafo 4.1 riporta: “Nel seguito si intendono per calcestruzzi ordinari i calcestruzzi conformi al presente § 4.1 ed al § 11.2, con esclusione dei calcestruzzi di aggregati leggeri (LC), di cui al §4.1.12, e di quelli fibrorinforzati (FRC), di cui al §11.2.12”.

In quest’ultimo paragrafo, si precisa che il FRC può essere realizzato con fibre di acciaio o materiale polimerico, purché siano marcate CE in accordo alle norme europee armonizzate, quali la UNI EN 14889-1 ed UNI EN 14889-2, rispettivamente. 

La stessa NTC precisa che la miscela del FRCdeve essere sottoposta a valutazione preliminare secondo le indicazioni riportate nel precedente §11.2.3 con determinazione dei valori di resistenza a trazione residua fR1k per lo Stato limite di esercizio e fR3k per lo Stato limite Ultimo determinati secondo UNI EN 14651:2007”.

L'FRC un materiale a prestazione garantita che deve essere qualificato

In altri termini, per la NTC il FRC è un materiale a prestazione garantita che deve essere qualificato e si distingue dagli altri compositi presenti ora sul mercato, per la presenza di fibre corte (da 12 a 60 mm) discontinue nella matrice cementizia; quindi, le fibre discontinue rappresentano un componente che si aggiunge al cemento, all’acqua, agli aggregati ed agli eventuali additivi. La definizione di materiale a prestazione garantita evidenzia quindi che il FRC non può essere richiesto a dosaggio di fibre ma deve essere prescritto con riferimento alle sue specifiche prestazioni.

Il produttore di FRC dovrà quindi scegliere il tipo e il dosaggio di fibra più idonei per garantire le prestazioni dichiarate

Le linee guida per la qualificazione del FRC

La stessa NTC ricorda poi che “per la qualificazione del calcestruzzo fibrorinforzato e la progettazione delle strutture in FRC si dovrà fare esclusivo riferimento a specifiche disposizioni emanate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici”. Le linee guida per la qualificazione del FRC (attraverso l’ottenimento del certificato di valutazione tecnica) sono state pubblicate lo scorso 15 Aprile 2019 e consentono ora ai produttori di chiedere la qualificazione di FRC (attraverso il Certificato di Valutazione Tecnica, CVT) per impieghi strutturali, dove il FRC sostituisce, almeno in parte, l’armatura convenzionale. 

Il FRC è anche richiamato dalla Circolare del 21 gennaio 2019, n. 7 del C.S.LL.PP. che precisa che un calcestruzzo fibrorinforzato ad uso strutturale, per essere definito tale, deve essere caratterizzato dal dosaggio minimo di fibre richiesto dalle CNR-DT 204/2006, pari allo 0.3% in volume”. In ogni caso, le Linee guida per la progettazione di elementi strutturali in FRC, in fase di elaborazione dal C.S.LL.PP, sicuramente includeranno anche dei requisiti minimi prestazionali al FRC per impieghi strutturali, come richiesti dal Codice Modello 2010 del fib (Federazione Internazionale del Calcestruzzo Strutturale).

Pertanto, per la nostra normativa tecnica, un FRC per uso strutturale dovrà avere requisiti di tenacità superiori ai minimi previsti (che verranno stabiliti dal C.S.LL.PP.) e una percentuale volumetrica di fibre non inferiore al 0,3%. 

Le Norme Tecniche includono quindi questo nuovo materiale che, dopo più di 50 anni di ricerche in tutto il mondo, ha ora trovato spazio in importanti documenti normativi internazionali, inclusi la norma europea sul calcestruzzo UNI EN 206-2016 e l’Eurocodice 2 nella sua nuova edizione in preparazione. 

La disponibilità di una nuovo materiale (FRC) a prestazione garantita rappresenta un grande vantaggio per i progettisti che potranno assumere (nei calcoli) specifici valori delle prestazioni del materiale che verranno poi trasmessi nelle prescrizioni progettuali. 

Le nuove prestazioni introdotte dal FRC riguardano la resistenza post-fessurazione (garantita dalle fibre che intercettano le fessure) che si misurano attraverso prove di flessione su travette intagliate, in accordo con la norma UNI EN 14651 (Fig. 1). Quest’ultima prevede di calcolare la resistenza post-picco della travetta in corrispondenza di 4 valori di spostamento alla base dell’intaglio (CMOD); tra questi, i due valori adottati dalla formativa italiana, sono CMOD1 = 0,5 mm e CMOD3 = 1,5 mm (Fig. 2). Dai due valori corrispondenti del carico (F1 e F3), si determinano gli sforzi nominali residui (fR1 e fR3), assumendo convenzionalmente una distribuzione di sforzi lineare nella parte reagente della sezione (sopra l’intaglio), come evidenziato nel seguito: 
sforzo-nominale-formula-frc.JPG                                                                                (1) 
dove: 

fRj           [MPa] è lo sforzo nominale post-picco corrispondente a CMOD = CMODj (con j = 1 o 3)
Fj            [N] è il carico corrispondente a CMOD = CMODj (con j = 1 o 3)
l              [mm] è la distanza tra gli appoggi, pari a 550 mm;
b             [mm] è la larghezza del provino, pari a 150 mm;
hsp          [mm] è l’altezza resistente del provino nella sezione intagliata (pari a 125 mm). 

Il codice modello del fib richiede, per le applicazioni strutturali, che siano verificate entrambe le condizioni riportate nel seguito: 

fR1k/fLk > 0.4                                                                   (2) 

fR3k/fR1k > 0.5                                                                 (3) 

dove: 

fR1k         è il valore caratteristico della resistenza nominale corrispondente a CMOD1 = 0,5mm,
fR3k         è il valore caratteristico della resistenza nominale corrispondente a CMOD3 = 2,5mm
fLk           è il valore caratteristico della resistenza nominale massima nell’intervallo CMOD 0-0,5 mm. 

Geometria del provino per la caratterizzazione a flessione (EN 14651). 

Figura 1: Geometria del provino per la caratterizzazione a flessione (EN 14651).

 Tipica curva del carico in funzione del CMOD (EN 14651).

Figura 2: Tipica curva del carico in funzione del CMOD (EN 14651). 

La classificazione del FRC sulla base della sua resistenza post-fessurazione si basa quindi su un codice alfanumerico dove il primo numero rappresenta il valore minimo di fR1k negli intervalli riportati nel seguito: 

1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, … [MPa] 

mentre la seconda lettera (a, b, c, d, e) corrisponde all’intervallo di appartenenza del rapporto fR3k/fR1k, come riportato nel seguito: 

a quando 0.5 ≤ fR3k/fR1k ≤ 0.7
b quando 0.7 ≤ fR3k/fR1k ≤ 0.9
c quando 0.9 ≤ fR3k/fR1k ≤ 1.1                                                            (1)
d quando 1.1 ≤ fR3k/fR1k ≤ 1.3
e quando 1.3 ≤ fR3k/fR1k 

Facendo per esempio al caso riportato in Figura 3, dove si riportano le curve sperimentali sforzo nominale – CMOD di un FRC con fR1k = 2,2 MPa e fR1k= 1,8 MPa, poiché: 

-        fR1k è compreso tra 2 e 2,5 MPa; 

-        fR3k / fR1k è compreso tra 0,7 e 0,9; 

la tenacità del FRC è classificabile come “2b”. 

Tipica curva del carico in funzione del CMOD (EN 14651).

Figura 3: Tipica curva del carico in funzione del CMOD (EN 14651). 

Se il progettista prescrivesse quindi un materiale C30/37 con classe di tenacità 2b, il produttore di calcestruzzo dovrebbe fornire un valore caratteristico fR1k non inferiore a 2 MPa e un valore del rapporto fR3k / fR1k non inferiore a 0,7; tali valori possono essere utilizzati in fase di progettazione. 

Le altre caratteristiche del FRC, quali la resistenza a compressione, il modulo elastico, il ritiro libero e la lavorabilità si determinano e si classificano con gli stesso metodi di prova adottati per il calcestruzzo senza fibre.

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