Pavimentazioni industriali con impianto radiante: progetto e verifica di una piastra in calcestruzzo FRC

Le pavimentazioni industriali radianti devono garantire la capacità portante richiesta dai carichi di esercizio, il controllo delle deformazioni indotte dai gradienti termici e la durabilità della piastra nel lungo periodo. Nel progetto realizzato a Pozzo d'Adda (MI), una superficie di 2.500 m² è stata realizzata mediante una soluzione in calcestruzzo fibrorinforzato (FRC), ottenuta con l'impiego di fibre polimeriche strutturali FIBRAG^® POLY PSF 55-TP. La progettazione ha previsto la modellazione della piastra su suolo elastico secondo la teoria di Winkler, le verifiche agli Stati Limite di Esercizio (SLE) e agli Stati Limite Ultimi (SLU) e la definizione delle prestazioni residue del materiale sulla base di prove sperimentali conformi alla UNI EN 14651. L'intervento rappresenta un esempio applicativo per la progettazione e la realizzazione di pavimentazioni industriali soggette a carichi elevati e integrate con sistemi di riscaldamento radiante.

Pavimentazione industriale radiante: criteri progettuali e carichi di esercizio

Il presente articolo illustra un importante incarico dal punto di vista progettuale svolto dal team tecnico di Fibrocev, relativo alla realizzazione delle pavimentazioni interne riscaldate in calcestruzzo fibrorinforzato.

Ascoltate le esigenze della Committenza e come è possibile vedere dettagliatamente nella successiva Tabella 1, lo Studio Tecnico Fibrocev ha seguito lo sviluppo del progetto analizzando nel dettaglio ciascuna area di intervento, in funzione dei carichi agenti e in particolar modo alla richiesta di predisporre un sistema di riscaldamento radiante a pavimento in alcune delle aree oggetto di intervento.

Per questo motivo, è stata valutata una soluzione in FRC considerando il contributo congiunto di fibre polimeriche FIBRAG^® POLY: PSF 55-TP e armatura tradizionale.

Il modello di calcolo utilizzato per la progettazione

Il progetto di una pavimentazione industriale si basa sulla schematizzazione della piastra su un supporto continuo, in cui il terreno di sottofondo viene modellato come un insieme di elementi elastici indipendenti (teoria di Winkler).

Vengono quindi eseguite dapprima analisi allo Stato Limite di Esercizio (SLE) verificando la deformabilità della piastra al gradiente termico, di particolare interesse in questo caso specifico data la presenza di un sistema di riscaldamento radiante, e la fessurazione da ritiro.

La verifica allo Stato Limite Ultimo (SLU) della pavimentazione in calcestruzzo fibrorinforzato viene invece condotta confrontando il valore di progetto delle azioni sollecitanti con i corrispondenti valori resistenti ottenuti dalle resistenze residue del calcestruzzo fibrorinforzato.

Caratterizzazione del calcestruzzo FRC secondo la UNI EN 14651

Le analisi numeriche prevedono l’utilizzo di un legame costitutivo a trazione post-fessurazione determinato sulla base di prove sperimentali sul materiale in accordo con la normativa UNI EN 14651.

Tale norma prevede lo svolgimento di prove sperimentali di flessione su tre punti di carico, condotte su elementi intagliati di dimensione 600x150x150mm, mediante i quali è possibile determinare le due principali resistenze post-fessurazione:

• la prima, tipica per le condizioni di esercizio SLE, è la tensione residua (f_R1) raggiunta in corrispondenza di un’apertura alla base dell’intaglio CMOD pari a 0.5 mm;
• la seconda, tipica per lo stato limite ultimo SLU, è la tensione residua (f_R3) individuata in corrispondenza di un CMOD pari a 2.5 mm.

Dimensionamento della pavimentazione e scelta della fibra per il rinforzo

Per garantire le prestazioni richieste, il modello di calcolo ha restituito una soluzione progettuale fibrorinforzata considerando l’impiego di fibre polimeriche strutturali FIBRAG^® POLY: PSF 55-TP in ragione di 1.5 kg/m³ che, con il contributo congiunto di una armatura ordinaria costituita da rete elettrosaldata, ha permesso il soddisfacimento delle verifiche dei momenti positivi e negativi.

Come è possibile vedere nel dettaglio in Tabella 1, il Dipartimento di Progettazione di Fibrocev, ha analizzato singolarmente ciascuna area di intervento, fornendo specifiche definizioni progettuali in funzione delle diverse tipologie di sottofondo di posa delle piastre e al contempo cercando, per quanto possibile, di uniformare tra di loro le diverse soluzioni in termini di spessore di piastra e di diametro e maglia di rete elettrosaldata, in modo da ottimizzare e semplificare gli approviggionamenti di materiale in cantiere.

Grazie all’elevato grado di miscelabilità e di distribuzione uniforme all’interno della matrice cementizia, le fibre FIBRAG^® POLY forniscono, infatti, un eccellente rinforzo tridimensionale della sezione, incrementando la resistenza ultima a trazione del calcestruzzo, oltre a controllare in maniera attiva il ritiro igrometrico del calcestruzzo e a garantire una maggiore durabilità delle pavimentazioni stesse.

Dati generali della pavimentazione in calcestruzzo FRC

Caratteristiche delle fibre polimeriche utilizzate

FIBRAG® POLY: PSF 55-TP è la fibra in grado di ridurre la fessurazione da ritiro nel calcestruzzo oltre che migliorare la durabilità incrementando la resistenza a trazione, a fatica del calcestruzzo ed aumentarne la duttilità.

Le caratteristiche della fibra polimerica utilizzata sono riportate nel dettaglio nella seguente tabella.

I vantaggi con l’uso delle fibre polimeriche FIBRAG® POLY: PSF 55-TP
I vantaggi di un calcestruzzo fibrorinforzato FRC per la realizzazione di una pavimentazione industriale sono molteplici e possono essere così riassunti:
✔ riduzione dei tempi di posa del calcestruzzo
✔ elevate resistenze residue del calcestruzzo
✔ contrasto dei fenomeni di ritiro del calcestruzzo
✔ 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 della pavimentazione
✔omogeneità delle prestazioni in tutta l’altezza della sezione

Caratteristiche del mix-design del calcestruzzo

Per la corretta realizzazione di una pavimentazione industriale è fondamentale dedicare particolare attenzione anche al mix design del calcestruzzo, al fine di garantire l’integrità della piastra sia nelle prime fasi di maturazione sia durante l’intera vita utile dell’opera, in relazione alle azioni di carico e ai fenomeni di ritiro del materiale.

In questo contesto, la figura del Tecnologo del calcestruzzo, ossia il professionista che possiede una conoscenza approfondita dei singoli componenti del calcestruzzo ed è in grado di definirne o modificarne la composizione, riveste oggi un ruolo sempre più centrale, adattando il materiale alle specifiche esigenze progettuali e alle condizioni operative del cantiere.

Nello specifico, è stato utilizzato un calcestruzzo come di seguito definito:

I getti per la realizzazione della pavimentazione sono stati eseguiti attraverso pompaggio di circa 500 m³ di calcestruzzo con successiva stesura manuale.

Fasi realizzative della pavimentazione in calcestruzzo FRC per immagini

La progettazione: il fattore determinante per le prestazioni della pavimentazione industriale

Il progetto di una pavimentazione industriale è, al giorno d’oggi, un requisito fondamentale per la buona riuscita dell’opera e il punto di partenza per realizzare un lavoro controllato in ogni sua fase.

Le tecnologie messe a disposizione per conferire al calcestruzzo doti di elevata qualità e durabilità hanno reso possibile un nuovo e radicale cambiamento sia della progettazione sia nei tempi di realizzazione della pavimentazione industriale, permettendo di creare strutture con un elevato impatto estetico più performanti, più funzionali e con diminuzione dei costosi cicli di manutenzione.

Ciò permette di rispettare pienamente le ambiziose aspettative della Committenza, in quanto una soluzione in calcestruzzo fibrorinforzato FRC si dimostra sia tecnicamente molto valida, ma soprattutto economicamente vincente e vantaggiosa.

Normativa di riferimento per la progettazione delle pavimentazioni industriali in calcestruzzo FRC

La progettazione di una pavimentazione industriale in calcestruzzo fibrorinforzato (FRC) richiede l'integrazione tra norme sui materiali, metodi di prova e criteri di verifica strutturale. La caratterizzazione del calcestruzzo fibrorinforzato, infatti, non può basarsi esclusivamente sulla resistenza a compressione del conglomerato, ma deve considerare anche il comportamento post-fessurativo e le prestazioni residue a trazione fornite dalle fibre.

Tra i principali riferimenti tecnici si segnalano:

• UNI EN 14651 – Metodo di prova per calcestruzzo fibrorinforzato. Definisce la prova di flessione su travetto intagliato utilizzata per determinare le resistenze residue f_R1 e f_R3, parametri fondamentali per le verifiche agli Stati Limite di Esercizio (SLE) e agli Stati Limite Ultimi (SLU).
• CNR-DT 204/2006 – Istruzioni per la progettazione, l'esecuzione e il controllo delle strutture di calcestruzzo fibrorinforzato. Costituisce il principale documento tecnico italiano per il dimensionamento delle strutture in FRC e rappresenta il riferimento progettuale più utilizzato per la valutazione del contributo strutturale delle fibre.
• CNR-DT 211/2014 – Istruzioni per la progettazione, l'esecuzione e il controllo delle pavimentazioni di calcestruzzo. Costituisce il principale riferimento tecnico nazionale per il dimensionamento delle pavimentazioni industriali, affrontando aspetti quali modellazione della piastra, progettazione dei giunti, verifiche strutturali, sottofondi, dettagli costruttivi e controlli esecutivi.
• UNI EN 206 – Calcestruzzo – Specificazione, prestazione, produzione e conformità. Definisce i requisiti prestazionali del calcestruzzo, comprese classi di resistenza, esposizione ambientale, consistenza e durabilità, aspetti essenziali anche nella progettazione delle pavimentazioni industriali.
• UNI 11104 – Calcestruzzo - Specificazione, prestazione, produzione e conformità - Istruzioni complementari per l'applicazione della UNI EN 206. Integra la UNI EN 206 nel contesto nazionale, fornendo indicazioni applicative sulla scelta delle classi di esposizione, della composizione del calcestruzzo e dei requisiti di durabilità.
• NTC 2018 (D.M. 17 gennaio 2018) e relativa Circolare n. 7/2019. Rappresentano il quadro normativo nazionale per la progettazione strutturale e richiamano l'impiego di documenti tecnici di comprovata validità, come il CNR-DT 204 e il CNR-DT 211, per la progettazione degli elementi in calcestruzzo fibrorinforzato.

La corretta applicazione di questi riferimenti consente di progettare pavimentazioni industriali capaci di garantire adeguata capacità portante, controllo della fessurazione, durabilità e affidabilità prestazionale anche in presenza di carichi elevati e di particolari condizioni di esercizio, come nel caso dei sistemi di riscaldamento radiante.

FAQ tecniche - Calcestruzzo fibrorinforzato (FRC) per pavimentazioni industriali

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 dell'FRC nelle pavimentazioni con riscaldamento radiante?

Il calcestruzzo fibrorinforzato è oggi una soluzione molto utilizzata nelle pavimentazioni con un sistema di riscaldamento radiante in quanto le variazioni termiche indotte dal funzionamento dell’impianto stesso generano deformazioni e tensioni all’interno della piastra che possono favorire la formazione di fessurazioni. In questo contesto, quindi, le fibre distribuite tridimensionalmente e in modo omogeneo in tutta lo spessore della sezione, consentono di controllare efficacemente l’apertura delle fessure derivanti dal ritiro e dalle sollecitazioni termiche, migliorando il comportamento fessurativo generale del materiale.

Quando conviene usare FRC invece dell’armatura tradizionale?

L’utilizzo di un calcestruzzo fibrorinforzato FRC per la realizzazione di una pavimentazione industriale in sostituzione di una soluzione tradizionale trova i maggiori vantaggi nei casi in cui è prioritario il controllo delle fessurazioni e la rapidità esecutiva delle stesse, in quanto permette di ridurre i tempi e di conseguenza i costi di cantiere. Questo assicura, al contempo, elevate performance meccaniche e di durabilità della piastra, dimostrandosi una soluzione sia tecnicamente molto valida, ma soprattutto economicamente vincente e vantaggiosa.