Calcestruzzo fibrorinforzato per la costruzione di conci prefabbricati ad elevate prestazioni per gallerie

Le normative nazionali e internazionali che regolano oggi il comportamento del calcestruzzo fibrorinforzato, permettono di progettare e realizzare conci di galleria ad elevate prestazioni e alto contenuto tecnologico con il solo composito fibrorinforzato, in assenza totale di armatura lenta.


La progettazione dei conci prefabbricati in calcestruzzo fibrorinforzato

La progettazione dei conci prefabbricati in calcestruzzo fibrorinforzato si è progressivamente affermata a partire dalla fine degli anni ’90, sebbene il primo esempio realizzato in Italia risalga al 1982.

Dall’emissione del Model Code 2010 sino all’avvento di Linee Guida e normative, come le NTC 2018 e la successiva Circolare Esplicativa, il calcestruzzo fibrorinforzato è stato introdotto e poi legalmente riconosciuto come composito da costruzione per uso strutturale.

Oggi, infatti, è possibile progettare elementi prefabbricati prendendo in considerazione il contributo fornito dalle fibre e successivamente realizzare gli stessi elementi qualificando il materiale come un nuovo composito strutturale dotato, dopo la fessurazione, di una significativa resistenza residua a trazione, denominata tenacità.

Il Dipartimento Tecnico di Fibrocev, diretto da Ing. Alberio Federico (f.alberio@fibrocev.it), grazie alla particolare cura riservata alla formazione ed all’aggiornamento continui dei propri ingegneri, prediligendo anche le esperienze dirette in cantiere, è a disposizione dei propri Clienti per garantire un servizio autorevole in grado di fornire tutte le indicazioni necessarie alla corretta progettazione, costruzione e controllo di opere in calcestruzzo fibrorinforzato.

                                 

Conci prefabbricati ad alte prestazioni

Nel campo delle costruzioni di gallerie, il calcestruzzo fibrorinforzato FRC è da tempo largamente utilizzato per la realizzazione dei rivestimenti provvisori in calcestruzzo proiettato. Grazie all’introduzione delle nuove normative che regolano il comportamento prestazionale del FRC, negli ultimi vent’anni le fibre sono state adottate anche per la realizzazione dei rivestimenti finali, come mostrato in numerosi esempi di gallerie a conci prefabbricati costruite in tutto il mondo.

La realizzazione di una galleria con conci prefabbricati, inoltre, garantisce una rilevante riduzione dei costi e dei tempi necessari alla costruzione della stessa, aumentando notevolmente la sicurezza delle maestranze, durante gli scavi, evitando l’utilizzo di esplosivi.

 Calcestruzzo fibrorinforzato per la costruzione di conci prefabbricati ad elevate prestazioni per gallerie

Una struttura di rivestimento in conci prefabbricati, soggetta prevalentemente a sollecitazioni normali e flessionali, richiede un quantitativo minimo di armatura di rinforzo. Poiché le sezioni trasversali dell’arco raggiungono lo stato limite ultimo durante la fase di crescita delle fessure formatesi in zona tesa, lo sforzo massimo di trazione sopportato dall’armatura ordinaria risulta assimilabile a quello assorbito dal FRC teso.

Inoltre, grazie alla presenza delle fibre disperse nella matrice cementizia, è possibile riscontrare tensioni di trazione anche in presenza di ampie aperture di fessura. Per questo motivo, il calcestruzzo fibrorinforzato è un materiale che permette di considerare l’effetto benefico fornito dalle fibre in termini di resistenza a trazione.

La progettazione di conci prefabbricati in FRC si basa proprio su queste considerazioni, in quanto il composito fibrorinforzato conferisce alcuni vantaggi rispetto a elementi analoghi in calcestruzzo ordinario. La presenza delle fibre consente, infatti, di ridurre significativamente il quantitativo di armatura tradizionale e, in alcuni casi, anche di sostituirla interamente. In un concio fibrorinforzato, le barre di acciaio vengono quindi concentrate soprattutto ai bordi dell’elemento, che risultano essere le zone più sensibili in quanto soggette alle azioni di spinta esercitate dai martinetti della TBM.


Le fibre utilizzate per conci: FIBRAG® STEEL

Per la realizzazione di composito fibrorinforzato strutturale, destinato alla costruzione di conci fibrorinforzati, Fibrocev consiglia l’utilizzo di fibre in acciaio ottenute da filo trafilato a freddo ad alta resistenza a trazione ed altro tenore di carbonio, con estremità uncinata della serie SHT.  

FIBRAG® STEEL: F-WG 35/65 SHT e F-WG 60/80 SHT sono infatti le fibre in grado di migliorare notevolmente le proprietà meccaniche dei conglomerati cementizi in particolare la durabilità incrementando la resistenza ultima a trazione e a fatica e la duttilità del calcestruzzo.

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Da un punto di vista fessurativo, invece, per le verifiche in esercizio di strutture in calcestruzzo armato, la valutazione dell’ampiezza di fessura e della spaziatura tra le medesime è fondamentale al fine di limitare, a seconda dell’aggressività dell’ambiente, la corrosione dell’armatura. La presenza di fibre all’interno del composito fornisce un valido contributo in tal senso, dal momento che le fibre stesse incrementano in modo significativo le azioni di cucitura lungo le fessure, riducendone o controllandone quindi l’apertura e dando luogo ad una microfessurazione diffusa.

Un ulteriore vantaggio dato dall’aggiunta di fibre in un concio prefabbricato è, a parità o anche in questo caso riducendo la percentuale di armatura lenta, la possibilità di realizzare conci di minor spessore, con conseguenti effetti benefici da un punto di vista strutturale, in quanto ne derivano una riduzione dei momenti flettenti ed un miglioramento del comportamento membranale, garantendo al tempo stesso un notevole risparmio dal punto di vista economico e un più rapido avanzamento del processo costruttivo.

L’obiettivo principale di Fibrocev e della sua Divisione Tecnica è quello di assicurare la massima competenza nel settore del calcestruzzo fibrorinforzato oltre alla completa disponibilità e assistenza al Cliente, supportandolo in ogni fase progettuale e di realizzazione dell’opera, grazie alla costante e continua presenza in cantiere in fase di esecuzione dell’opera.

 

L’evoluzione normativa

L’aggiunta di fibre disperse in una matrice cementizia ne modifica le proprietà meccaniche e, in particolare, migliora il comportamento a trazione contrastando l’apertura progressiva delle fessure.

Una volta raggiunta la fessurazione della matrice, infatti, le fibre sono in grado di manifestare il proprio contributo, fornendo al composito una significativa resistenza residua a trazione assente nella matrice senza fibre, denominata tenacità.

Quest’ultima dipende da molteplici fattori come, ad esempio, la lunghezza della fibra, il rapporto di aspetto (ossia il rapporto lunghezza/diametro delle fibre), la percentuale volumetrica delle fibre e le caratteristiche fisico-meccaniche di queste ultime.


Vantaggi dei conci prefabbricati in FRC

  • controllo e riduzione delle fessurazioni durante le fasi di costruzione e in opera
  • maggior resistenza agli urti e alla caduta di materiali
  • distribuzione omogenea di fibre all’interno della matrice cementizia
  • ottimizzazione del processo produttivo
  • riduzione dei tempi di costruzione e dei costi

Il comportamento fortemente degradante, tipico di una prova di trazione monoassiale sul calcestruzzo ordinario, può essere modificato in modo significativo dall’aggiunta di fibre, al crescere della percentuale volumetrica di esse. Per piccole percentuali volumetriche di fibre il legame carico-spostamento a trazione di un FRC presenta ancora un ramo discendente definendo un comportamento cosiddetto degradante, ma è caratterizzato ugualmente da una resistenza residua e da una maggiore tenacità. Per percentuali volumetriche di fibre superiori, il comportamento può invece diventare incrudente, grazie alla comparsa di una multi-fessurazione.

Le vigenti Norme Tecniche per le Costruzioni NTC 2018 prescrivono, al punto 11.1, che tutti i materiali e prodotti da costruzione, quando impiegati per uso strutturale, debbano essere identificati e in possesso di specifica qualificazione all’uso previsto e debbano inoltre essere oggetto di controlli in fase di accettazione da parte del Direttore dei lavori.

A tal fine le NTC prevedono che i materiali ed i prodotti da costruzione per uso strutturale, quando non marcati CE ai sensi del Regolamento UE n.305/2011 o non provvisti di ETA (European Technical Assessment) ai sensi dell’art. 26 del Regolamento (UE) n. 305/2011, debbano essere in possesso di un Certificato di Valutazione Tecnica CVT rilasciato dal Servizio Tecnico Centrale, sulla base di linee guida approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.

La recente Linea Guida pubblicata nel 2019 fornisce le procedure per l’identificazione, la qualificazione ed il controllo di calcestruzzi fibrorinforzati, denominati FRC (Fiber Reinforced Concrete), impiegati per la realizzazione di nuovi elementi strutturali e per il consolidamento di strutture esistenti.

Facendo riferimento a quanto previsto dalla Circolare esplicativa delle Norme tecniche (emanata nel 2019) di cui al punto C11.2.12 e alle sopracitate LLGG, si definisce un parametro chiave in merito alla presenza di fibre nel composito, in quanto viene precisato che un calcestruzzo fibrorinforzato ad uso strutturale, per essere definito tale, oltre ai requisiti minimi prestazionali, deve essere caratterizzato da un dosaggio minimo delle fibre al suo interno “non inferiore allo 0.3% in volume”.

Inoltre, viene riportato che i calcestruzzi fibrorinforzati FRC devono essere preparati nello stabilimento del Fabbricante e forniti in cantiere come prodotto pronto per l’impiego oppure come prodotto secco premiscelato al quale va aggiunta l’acqua in cantiere.

In accordo con il fib Model Code 2010 e il fib Bulletin 83, la progettazione strutturale degli elementi FRC si basa sulla resistenza a trazione residua post-fessura fornita dalle fibre.

I valori nominali delle proprietà del materiale sono determinati eseguendo una prova di trazione per flessione in accordo alla norma EN 14651, che si basa su una prova di flessione su tre punti su un provino intagliato in mezzeria. Secondo le Linee Guida per l’identificazione, la qualificazione, la certificazione di valutazione tecnica ed il controllo di accettazione dei calcestruzzi fibrorinforzati FRC (Fiber Reinforced Concrete) di cui al cap. 3.6, per ottenere il rilascio del sopracitato Certificato di Valutazione Tecnica CVT, sono necessarie almeno 12 prove a flessione su travetto.

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Fibrocev Srl è un’azienda che da oltre 35 anni è specializzata nella produzione di fibre d’acciaio (EN 14889-1, in conformità sia al Gruppo II che al Gruppo I) e di fibre polimeriche (EN 14889-2).

Ampiezza di gamma, alto livello qualitativo dei prodotti e capacità di sviluppo di soluzioni progettuali personalizzate, rappresentano il nostro punto di forza nel campo delle pavimentazioni in calcestruzzo e strutture in genere.

La nostra profonda conoscenza tecnica ci ha portati a sviluppare soluzioni che rispondono alle più esigenti richieste progettuali. Il nostro ufficio tecnico può garantire o supportare i servizi di:

  • Dimensionamento/Progettazione preliminare di pavimentazioni in calcestruzzo fibrorinforzato
  • Dimensionamento/Progettazione esecutiva di pavimentazioni in calcestruzzo fibrorinforzato
  • Dimensionamento/Progettazione di strutture in genere in calcestruzzo fibrorinforzato
  • Assistenza di cantiere in fase di realizzazione

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