Vantaggi e usi del calcestruzzo rinforzato con fibra d’acciaio DRAMIX. Ecco le applicazioni

Alessandra Tonti – Leon Bekaert Spa

Introduzione
La domanda circa la ‘necessità’ di nuovi tipi di fibre per calcestruzzo fibrorinforzato trova la sua risposta in considerazione a tutte le recenti possibilità di applicazioni che si sono sviluppate in anni di esperienza in Europa con questo materiale da costruzione e che finalmente saranno supportate da linee guida, normative e codici, dopo anni di lavoro dei comitati tecnici. Ne sono un esempio le Linee Guida tedesche (DAfStb-Richtlinie) sul calcestruzzo fibrorinforzato, che, in vigore dal 2011 in allegato alla Norma DIN EN 1992-1-1, racchiudono le regole di progettazione per il calcolo di strutture in calcestruzzo fibrorinforzato SFRC (Steel Fiber Reinforced Concrete).

Le proprietà della fibra d'acciaio
La presente recensione vuole confermare i vantaggi nell’utilizzo del SFRC partendo dai tre parametri essenziali tra le proprietà delle fibre di acciaio. Le prestazioni del SFRC si basano principalmente su queste proprietà caratteristiche dell’acciaio.

Ancoraggio
L’ancoraggio è il sistema che permette alle fibre di ‘saldarsi’ con la matrice cementizia: tuttavia l’ancoraggio ottimale è tale da non costituire un vincolo rigido bensì duttile, in quanto la fibra può essere estratta per progressivo raddrizzamento della sagomatura in modo da opporre la giusta resistenza fino a giungere allo sfilamento completo. L'ancoraggio delle fibre di acciaio Dramix® è stato progettato per consentire un pull-out controllato all’aumentare della deformazione.
- Le estremità uncinate di Dramix® 3D assicurano il pull-out ottimale della fibra ossia il meccanismo che in pratica dà origine alla celebre duttilità del calcestruzzo e alla resistenza post-fessurazione.
- L’ancoraggio migliorato della famiglia di fibre Dramix® 4D utilizza lo stesso principio ma lo traduce in maggiori resistenza dell’acciaio.
- Le Dramix® 5D, invece, sono pensate per formare il dispositivo di ancoraggio perfetto; il meccanismo di fuoriuscita è sostituito dall’estensione della fibra.

Resistenza alla trazione
La resistenza alla trazione di una fibra d’acciaio deve essere in linea con il tipo di ancoraggio: questo è il modo in cui la capacità di resistenza alla trazione può essere utilizzata al massimo livello, mentre la duttilità si conserva. Per un filo d’acciaio con elevata resistenza alla trazione ma con una scarsa forza di ancoraggio, la resistenza alla trazione non potrà essere sfruttata. Al contrario, in caso di un ancoraggio troppo saldo, senza un adeguato livello di resistenza alla trazione, si può osservare il comportamento di un materiale di tipo fragile, il cui risultato è la rottura.
Per questo motivo le famiglie di fibre Dramix® 3D, 4D e 5D sono state progettate, ciascuna, per sfruttare al massimo la resistenza del filo d’acciaio in relazione al tipo di sagomatura e ancoraggio.

Duttilità
La duttilità è la proprietà del materiale che più caratterizza il SFRC. Il calcestruzzo ordinario ha un comportamento fragile, e lo hanno tipicamente anche le fibre. Per tutte le fibre d’acciaio note sul mercato, la duttilità è strettamente legata alla suddetta capacità di resistenza all’estrazione: pertanto non è una duttilità intrinseca del tipo di filo!
La famiglia di fibre Dramix®3D e 4D conferiscono duttilità al calcestruzzo attraverso la lenta deformazione dell’uncino durante il processo di fuoriuscita e non per la duttilità del filo in sé.
Diverso è il caso delle Dramix® 5D: grazie alla creazione del “perfetto ancoraggio”, la fibra non può essere estratta e non si muove all’interno del calcestruzzo. Il filo, invece, è esteso e assicura duttilità in quanto acciaio di qualità superiore. 

Resistenza del SFRC
La duttilità e la resistenza post-fessurazione del calcestruzzo in fibra d’acciaio sono determinate da molti aspetti differenti, fra cui la composizione del calcestruzzo, la lunghezza della fibra (l) e il rapporto d’aspetto (l/d). Una chiave essenziale, inoltre, è la combinazione equilibrata fra progettazione dell’ancoraggio, resistenza del filo e duttilità del filo. Tutte le fibre d’acciaio Dramix® sono progettate per fornire prestazioni ottimali per le diverse applicazioni: la 3D per gli utilizzi più comuni, la 4D per superfici durevoli e a tenuta di liquidi e la 5D per le applicazioni strutturali più impegnative. Quest’ultima famiglia di fibre è in grado di raggiungere livelli di prestazione che fino a qualche anni fa soltanto l’armatura tradizionale era in grado di assicurare.

La nuova generazione di fibre d'acciaio
Bekaert ha creato tre famiglie di fibre al fine di distinguere chiaramente i diversi livelli di prestazione delle stesse.

L’equilibrio perfetto tra economia e prestazioni. Tutte le fibre, ben note con il tipico ancoraggio ad uncino ed una resistenza a trazione di circa 1100 N/mm² sono raggruppate nella famiglia di fibre Dramix® 3D. Tutte le applicazioni tipiche ricorrono a questa famiglia di fibre e il principio del meccanismo di estrazione della fibra rimane confermato. La serie 3D rappresenta una robusta soluzione per il rinforzo di pavimenti industriali indipendentemente dalla struttura dell’edificio, in presenza di normali requisiti di portata e di carichi dinamici. Le fibre 3D offrono prestazioni e durabilità eccellenti eliminando la necessità di ricorrere a tradizionali soluzioni di rinforzo più costose e dai tempi più lunghi. Al tempo stesso, è possibile ottimizzare lo spessore delle lastre di calcestruzzo, ottenendo ulteriori riduzioni dei costi del materiale e di costruzione.

Controllo delle fessurazioni più piccole. Un’evoluzione logica è stata l’aumento della resistenza alla trazione del filo d’acciaio fino ad un valore di 1500 N/mm², migliorando di conseguenza l'ancoraggio con una doppia uncinatura per utilizzare efficacemente la forza del filo. Questo sviluppo porta le prestazioni a livelli superiori ma supporta ulteriormente il meccanismo di pull-out precedentemente descritto. Bekaert ha raggruppato queste fibre nella famiglia Dramix® 4D. I normali pavimenti industriali quasi sempre vengono progettati per rispondere ai requisiti di carico previsti. Le specifiche di carico di esercizio in genere vengono soddisfatte in fasi successive di definizione dei dettagli e di esecuzione. Tuttavia, esistono pavimenti con elevati requisiti di carico di esercizio per i quali sono obbligatorie ulteriori considerazioni riguardanti un controllo rigoroso delle fessurazioni, nel qual caso il metodo tradizionale non può essere applicato o è insufficiente a soddisfare i requisiti. Questo è il caso particolare dei pavimenti continui impiegati nel settore chimico e alimentare oppure ogniqualvolta si richieda un pavimento e/o un rivestimento impermeabile. I requisiti speciali di carico di esercizio dei pavimenti in genere comportano livelli elevati di rinforzo tradizionale. Le fibre Dramix® 4D, in combinazione con un solo strato di rete elettrosaldata, rispondono al requisito di utilizzo con notevole efficienza, riduzione dei tempi e contenimento dei costi. Questa soluzione combinata consente di tenere sotto controllo con accuratezza il limite di ampiezza delle fessurazioni in funzione del carico. Il rinforzo tradizionale viene sostituito in larga misura aggiungendo fibre 4D che presentano la massima efficacia nell'intervallo di apertura delle fessurazioni da 0,1 a 0,3 mm, per rispondere agli elevati requisiti per lo stato limite di esercizio dei pavimenti.
Elevata durata ed impermeabilità sono caratteristiche imprescindibili dei pavimenti per i quali l’igiene e la sicurezza ambientale hanno priorità e richiedono accorgimenti speciali. Le fibre di acciaio 4D captano immediatamente le sollecitazioni che si generano in corrispondenza delle fessurazioni di larghezza minima e simultaneamente offrono in questi punti il massimo livello prestazionale.

Le esigenze dei pavimenti strutturali. I pavimenti industriali in genere sono supportati direttamente dal terreno e sono completamente separati dall'effettiva struttura dell'edificio; tuttavia, in determinate situazioni, questo principio progettuale non è applicabile.
• Condizioni del terreno scadenti spesso richiedono l’utilizzo di pavimenti sostenuti da pali. Senza il supporto del terreno, la portata delle lastre del pavimento deve essere molto più elevata. Anche se i pavimenti sostenuti da pali in genere sono separati dall’edificio, devono rispondere ai requisiti strutturali.
• Nelle aree sismiche, i pavimenti spesso assolvono la funzione di tiranti per gli elementi strutturali, come colonne e lastre. È necessario anche tenere conto delle notevoli forze dirette verso l’alto che si originano a partire dal movimento orizzontale delle scaffalature durante un evento sismico.
• Gli impianti industriali e i magazzini moderni utilizzano sempre di più pavimenti che svolgono anche la funzione di fondazione della struttura principale o sono almeno parte integrale delle fondamenta. Questi pavimenti strutturali non solo devono resistere a tutti i carichi generati dalle normali operazioni ma anche a quelli esercitati dall’edificio stesso, il cui peso, insieme a quello della neve e ai carichi dovuti all’azione del vento, deve essere trasmesso in sicurezza al terreno. La resistenza ai carichi sismici rappresenta un requisito aggiuntivo ma cruciale.
Per le fibre 5D utilizzate in questo test su trave si può osservare la fessurazione multipla che indica le prestazioni una volta superata la resistenza alla flessione del calcestruzzo. Le fibre 5D portano ad un ‘incrudimento’ del materiale con un dosaggio standard; un comportamento che fino ad oggi non era stato associato alle fibre di acciaio.
Il tipo di fibra 5D è stato progettato per le condizioni più impegnative, in particolare per le verifiche allo Stato Limite Ultimo nella progettazione di strutture in calcestruzzo.

ALL'INTERNO DELL'ARTICOLO INTEGRALE LA DESCRIZIONE DELLE POSSIBILI APPLICAZIONI:

• Grandi superfici senza giunti per uso intensivo
• Pavimenti a tenuta di fluido, strutture stagne e lastre rivestite
• Pavimenti strutturali e pavimenti anti-sismici
• Pavimentazioni su pali
• Fondazioni autoportanti
• Platee di fondazione

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