Sottofondi stradali: prestazioni del misto cementato FRC sotto traffico pesante e sollecitazioni cicliche

Il misto cementato fibrorinforzato è una soluzione avanzata per le sottofondazioni stradali progettata per migliorare la resistenza a fatica e la durabilità delle pavimentazioni soggette a traffico pesante. L’integrazione di fibre metalliche o polimeriche consente di incrementare la resistenza a trazione, la duttilità e la distribuzione delle sollecitazioni, limitando la formazione di fessure e il degrado precoce. Rispetto ai misti cementati tradizionali, questa tecnologia offre un aumento significativo della vita utile, riducendo gli interventi manutentivi e migliorando la sostenibilità economica dell’opera. Il tema è centrale per progettisti e imprese impegnati nella realizzazione di infrastrutture ad alte prestazioni.

Applicazioni del misto cementato fibrorinforzato nelle sottofondazioni stradali

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

L’utilizzo del composito, nelle sopra elencate destinazioni d’uso, permette di incrementare notevolmente le prestazioni di un misto cementato tradizionale, colmando i deficit prestazionali ad esso connessi.

Cogliamo quindi l’occasione per approfondire, di seguito, le dinamiche tecniche ed applicative del composito nel settore delle pavimentazioni stradali.

Effetti del traffico pesante e delle sollecitazioni cicliche sulle pavimentazioni stradali

Pavimentazioni flessibili vs rigide: comportamento sotto carico e ruolo dello strato di fondazione in misto cementato

Il traffico dei mezzi pesanti crea, come in molti casi già approfondito, grosse problematiche sulla durata e quindi vita utile della pavimentazione stradale di tipo flessibile (ovvero realizzata con il solo utilizzo del conglomerato bituminoso): le pavimentazioni flessibili sono prive di rigidezza flessionale e sotto carico hanno deformazioni anche di alcuni millimetri mentre quelle rigide (ovvero realizzata con il calcestruzzo) hanno deformazioni quasi trascurabili.

Per questo motivo, di recente, nella progettazione dei pacchetti stradali, viene sovente definito ed inserito uno strato di fondazione in miscela stabilizzata con leganti idraulici, identificato con il nome di strato di misto cementato.

Caratteristiche e funzione del misto cementato

Il misto cementato è un materiale ottenuto dalla miscelazione di misto granulare con l’aggiunta di modeste quantità di cemento ed acqua, utilizzabile come strato di fondazione nelle pavimentazioni stradali di tipo semirigido ed in tutte le condizioni strutturali in cui si vuole incrementare notevolmente la capacità portante dello strato di fondazione su cui poggeranno i conglomerati bituminosi.

Figura 1. Fasi realizzative di una pavimentazione stradale

Prestazioni meccaniche e comportamento a fatica del misto cementato fibrorinforzato

Incremento di resistenza e duttilità con fibre

Nel corso degli anni si sono svolte diverse ricerche scientifiche che mostrano come le prestazioni dei misti cementati possono essere fortemente migliorate con l’impiego di fibre metalliche e polimeriche.

Le funzioni delle fibre sono infatti molteplici e possono riassumersi nell’incremento delle tensioni di rottura e della duttilità del misto cementato, conferiscono una migliore ed omogenea ridistribuzione delle sollecitazioni all’interno del materiale, limitano l’apertura delle fessure e la formazione di fessurazione igrotermica iniziale, durante le fasi di getto e di maturazione.

L’aggiunta di fibre garantisce infine un notevole incremento della vita utile a fatica.

Figura 2. Produzione di misto cementato

Comportamento a fatica nelle pavimentazioni stradali

Nello specifico, le ricerche hanno rivolto particolare attenzione proprio allo studio del comportamento a fatica del misto cementato: un processo irreversibile di danneggiamento dei materiali che si può innescare quando questi sono esposti ad un gran numero di cicli di tensione decisamente inferiori ai valori di rottura statica.

Nel caso delle sovrastrutture stradali è infatti inusuale che il collasso avvenga in seguito al superamento dei limiti di resistenza statica mentre nella quasi totalità dei casi la fine della vita utile si manifesta con fenomeni di fatica, fessurazioni e sgranamenti. La rottura per fatica si presenta quindi come uno stato limite ultimo particolare, molto insidioso in quanto prodotto dai carichi di esercizio, e ha portato a criteri di verifica delle sovrastrutture basati sul reale meccanismo di fessurazione per fatica.

Il comportamento a fatica si manifesta con il decadimento delle caratteristiche macroscopiche di resistenza e di deformabilità del materiale. La sovrastruttura continua quindi a svolgere la sua funzione in modo meno efficiente e il misto cementato, lavorando ad un tasso inferiore e con rigidezza ridotta, trasferisce parte della sua funzione strutturale agli strati bitumati sovrastanti.

Per questo motivo, recenti studi si sono indirizzati sul comportamento di un misto cementato con l’introduzione di fibre, in modo da valutare la differenza prestazionale da un misto cementato tradizionale, soprattutto nel tempo.

Durabilità delle fibre: corrosione e prestazioni nel tempo

La diffusione dei misti cementati fibrorinforzati è stata inizialmente fortemente condizionata dal rischio di una potenziale corrosione delle fibre in acciaio.

Le sperimentazioni condotte in laboratorio e in situ, tuttavia, presentano una inaspettata integrità delle fibre attribuibile alla protezione derivante dall’ambiente fortemente basico creato dalla presenza del legante idraulico. Le analisi chimiche in laboratorio mostrano come in questa situazione la fibra subisce un attacco iniziale con la formazione di una pellicola di ossido e idrossido, compatta, che ne rallenta la corrosione fino a bloccarla in tempi rapidi.

In tempi recenti, inoltre, l’avvento della fibra polimerica ha eliminato del tutto questa possibilità, garantendo al contempo prestazioni analoghe alla fibra in acciaio.

Confronto prestazionale: misto cementato tradizionale vs fibrorinforzato

Considerando infatti un materiale di riferimento (senza fibre e con un tipico tenore di cemento), l’introduzione di fibra determina l’incremento della tensione di picco di circa il 15% mentre la duttilità aumenta fino a 2.7 volte.

La vita utile a fatica, invece, parametro di gran lunga più importante in una pavimentazione stradale, aumenta tra le 15 e le 60 volte a seconda del dosaggio di fibra considerata, permettendo quindi un deciso miglioramento prestazionale nel tempo.

Vantaggi con l’utilizzo delle fibre FIBRAG^®
maggior resistenza ai carichi dinamici e statici
maggior resistenza all’impatto e alla caduta dei materiali
maggior durabilità della pavimentazione
maggior resistenza agli sbalzi termici
distribuzione omogenea all’interno della matrice cementizia

Misto cementato fibrorinforzato nelle gare di appalto: offerta tecnica e criteri prestazionali

Il criterio dell’offerta economicamente più vantaggiosa (OEPV)

Nel nuovo panorama degli Appalti Pubblici, il criterio dell'offerta economicamente più vantaggiosa gioca spesso un ruolo preponderante.

L’idea sottostante all’articolo 95 del Decreto Legislativo 18 aprile 2016, n. 50 (cd. Nuovo Codice dei Contratti Pubblici) è che la Pubblica Amministrazione, quando acquista lavori, servizi o forniture per soddisfare direttamente proprie esigenze o per offrire determinati servizi all’utenza, non deve badare esclusivamente a un risparmio sui costi ma deve anche considerare la qualità di ciò che viene acquistato.

Durabilità e riduzione dei costi nel ciclo di vita dell’opera

Il criterio di valutazione non si basa quindi sul singolo elemento del prezzo più basso, ma su una serie di altre caratteristiche che auspicano un miglioramento della qualità dell'opera così come proposta a base di gara e che richiede la presentazione di un'offerta tecnica spesso con proposte progettuali e/o proposte migliorative del progetto di base: le Stazioni Appaltanti sembrano sempre più orientate ad adottare questo criterio di aggiudicazione.

In quest’ottica, dal momento che la realizzazione di un’opera stradale coinvolge sempre somme importanti, la presa in considerazione di un misto cementato fibrorinforzato, che può garantire prestazioni migliori nell’immediato e allo stesso tempo una vita utile dell’opera più elevata riducendo, quindi, negli anni gli interventi di manutenzione, è senza dubbio un importante elemento di analisi e valutazione.

Supporto tecnico alla progettazione e scelta delle fibre

Tutto l’iter progettuale e realizzativo può essere supportato in modo efficace ed efficiente dall’ufficio tecnico di Fibrocev che, grazie all’ampia gamma di fibre in acciaio FIBRAG^® STEEL e polimeriche FIBRAG^® POLY, è in grado di suggerire la miglior soluzione che potrà rendere il composito fibrorinforzato misto cementato altamente prestazionale sia da un punto di vista tecnico che economico.

Riferimenti normativi per i misti cementati fibrorinforzati
Di seguito si riportano alcuni riferimenti normativi rilevanti per la progettazione, qualificazione e impiego dei misti cementati e dei materiali fibrorinforzati nelle pavimentazioni stradali. L’elenco ha carattere indicativo e non esaustivo: è sempre necessario verificare i capitolati specifici di progetto, le prescrizioni delle Stazioni Appaltanti e la normativa vigente applicabile al caso concreto.
UNI EN 14227-1 Miscele legate con leganti idraulici - Specifiche - Parte 1: Miscele granulari legate con cemento per fondi e sottofondi stradali
UNI EN 14227-5 Miscele legate con leganti idraulici - Specifiche - Parte 5: Miscele granulari legate con leganti idraulici per strade
UNI EN 14889-1 Fibre per calcestruzzo - Parte 1: Fibre di acciaio - Definizioni, specificazioni e conformità
UNI EN 14889-2 Fibre per calcestruzzo - Parte 2: Fibre polimeriche - Definizioni, specificazioni e conformità
UNI EN 13286 (serie) Miscele non legate e legate con leganti idraulici – Metodi di prova
Insieme di norme per la caratterizzazione meccanica e prestazionale dei materiali da fondazione.
Capitolati tecnici ANAS / Linee guida per la progettazione di infrastrutturali stradali
Riferimenti operativi per la progettazione e l’esecuzione delle sovrastrutture stradali in ambito nazionale.

FAQ tecniche - Misto cementato fibrorinforzato (FRC): prestazioni, fibre e applicazioni nelle pavimentazioni stradali

Che cos'è il calcestruzzo fibrorinforzato - FRC?

Il calcestruzzo fibrorinforzato (FRC, Fiber Reinforced Concrete) è un materiale composito costituito da una matrice cementizia armata con fibre disperse. L’aggiunta di fibre metalliche o polimeriche, conferisce al composito, anche dopo la comparsa di fessurazioni, una significativa resistenza residua a trazione, nota come tenacità, migliorando la duttilità e il comportamento post-fessurativo del materiale.

Quali sono i vantaggi del misto cementato fibrorinforzato?

Numerosi studi scientifici hanno dimostrato che l’integrazione di fibre nei misti cementati migliora sensibilmente le proprietà meccaniche. Tra i principali benefici:

• Incremento della resistenza a trazione e a flessione: la tensione di picco può aumentare fino al 15%.
• Miglioramento della duttilità: la capacità di deformarsi senza collassare può aumentare fino a 2,7 volte.
• Maggiore durabilità a fatica: la vita utile del materiale sotto carichi ciclici può aumentare da 15 a 60 volte, a seconda del tipo e del dosaggio delle fibre, garantendo prestazioni costanti nel tempo.

Quando conviene utilizzare l'FRC nel misto cementato invece dell'armatura tradizionale?

L’utilizzo di un composito fibrorinforzato FRC per la realizzazione di una sottofondazione stradale in misto cementato in sostituzione di una soluzione tradizionale trova i maggiori vantaggi nei casi in cui è prioritaria la rapidità esecutiva dell’opera stessa, in quanto permette di ridurre notevolmente i tempi e di conseguenza i costi di cantiere. Inoltre, le fibre garantiscono omogeneità delle prestazioni in tutta lo spessore della sezione assicurando elevate performance meccaniche e dimostrandosi una soluzione sia tecnicamente molto valida, ma soprattutto economicamente vincente e vantaggiosa.

Quali sono i vantaggi del misto cementato fibrorinforzato negli appalti pubblici?

Nella realizzazione di infrastrutture stradali, l’impiego di misti cementati fibrorinforzati offre vantaggi significativi sia sul piano economico sia tecnico. Dal punto di vista economico, la maggiore durabilità del materiale permette di ridurre costi di manutenzione e tempi di cantiere. Dal punto di vista tecnico, l'utilizzo delle fibre rappresentano un vantaggio fondamentale: esse infatti migliorano la tenacità e la resistenza a fatica del composito, controllano la propagazione delle fessure e ne aumentano la duttilità. Questo significa che le strutture stradali possono sopportare meglio carichi elevati e sollecitazioni cicliche nel tempo, garantendo prestazioni più affidabili e una vita utile più lunga dell’opera.