SFRC: Caratterizzazione del materiale e progettazione strutturale

SFRC: Calcestruzzo fibrorinforzato con fibre di acciaio

PREMESSA
L’intervento si propone di fornire una panoramica sulla progettazione di strutture realizzate con calcestruzzi fibrorinforzati con fibre di acciaio (Steel Fiber Reinforced Concrete), con particolare riferimento all’edilizia industrializzata.
L’obiettivo principale di chi opera nel campo dell’edilizia prefabbricata è quello di ottimizzare i tempi ed i costi di produzione, senza penalizzare tuttavia la qualità e le caratteristiche prestazionali dei manufatti prodotti.
L'utilizzo di calcestruzzi fibrorinforzati con fibre di acciaio permette una notevole riduzione delle armature tradizionali e, in certi casi, la loro completa sostituzione, con un sensibile risparmio dei tempi e dei costi della manodopera, limitando le problematiche relative al loro corretto posizionamento. Tutto ciò è giustificato dal notevole incremento di resistenza residua a trazione e di tenacità, derivate dall'aggiunta delle fibre all'impasto di calcestruzzo tradizionale. Infatti, l'introduzione nell'impasto cementizio di fibre discrete tende ad incrementare notevolmente la tenacità del composto, particolarmente fragile in assenza di fibre, aumentandone la resistenza a trazione e migliorando, inoltre, le caratteristiche di durabilità nel tempo dovute ad un miglior controllo delle fessurazioni.

NORMATIVE DI RIFERIMENTO
I calcestruzzi fibrorinforzati con fibre di acciaio sono menzionati nel D.M. 14/01/2008 “Norme Tecniche per le Costruzioni” con riferimento al paragrafo 4.6 delle NTC-2008 “COSTRUZIONI DI ALTRI MATERIALI”, nel quale si prescrive che “I materiali non tradizionali o non trattati nelle presenti norme tecniche potranno essere utilizzati per la realizzazione di elementi strutturali od opere, previa autorizzazione del Servizio Tecnico Centrale su parere del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici …”.
D’altra parte, il Capitolo 12 delle stesse NTC-2008 asserisce che “Per quanto non diversamente specificato nella presente norma, si intendono coerenti con i principi alla base della stessa, le indicazioni riportate nei seguenti documenti (…). Inoltre, in mancanza di specifiche indicazioni, a integrazione delle presenti norme e per quanto con esse non in contrasto, possono essere utilizzati i documenti di seguito indicati che costituiscono riferimenti di comprovata validità (…). Possono essere utilizzati anche altri codici internazionali, purché sia dimostrato che garantiscano livelli di sicurezza non inferiori a quelli delle presenti Norme tecniche”.
Ad oggi è quindi consentito l’utilizzo dei calcestruzzi fibrorinforzati anche se non direttamente riportati nelle NTC-2008, in quanto si può far riferimento alle Istruzioni del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), ovvero alle Istruzioni CNR-DT 204/2006 “Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato”.
I calcestruzzi fibrorinforzati sono inoltre presenti nei nuovi codici modello, ovvero i “fib Model Code for Concrete Structures 2010”, in particolare al Par. 5.6 “Fibres/fibre reinforced concrete” e al Par. 7.7 “Verification of safety and serviceability of FRC Structures”.

PROPRIETA’ E COMPORTAMENTO STRUTTURALE
Comportamento meccanico
L’aggiunta di fibre disperse in una matrice cementizia ne modifica le proprietà meccaniche.
In particolare, migliora il comportamento a trazione contrastando l’apertura progressiva delle fessure. Una volta raggiunta la fessurazione della matrice, le fibre sono in grado di manifestare il proprio contributo, conferendo al composito una resistenza post-fessurazione assente nella matrice senza fibre, tanto più grande, quanto maggiore è la percentuale volumetrica di esse.
Il comportamento a compressione risulta pressoché analogo anche se l’aggiunta di fibre conferisce al composto una maggior plasticità.

Figura 1 - Curva carico P–spostamento δ per conglomerati fibrorinforzati caratterizzati da: basse percentuali di fibre (a) e alte percentuali di fibre (b).

ALL'INTERNO ALCUNI ESEMPI DI PROGETTAZIONE DI STRUTTURE CON CALCESTRUZZI FIBRORINFORZATI CON FIBRE DI ACCIAIO