L’affioramento delle fibre strutturali nelle pavimentazioni di calcestruzzo finite con frattazzatrice meccanica

Roberto Muselli - Ingegnere - Consulente esperto nel settore delle pavimentazioni industriali Gianluca Pagazzi - Ingegnere - Consulente esperto nel settore delle pavimentazioni industriali 04/09/2018 3120

Nell’ambio delle opere di calcestruzzo l’impiego delle fibre strutturali nelle pavimentazioni  è pratica molto diffusa, per la facilità d’uso, indipendente da problematiche/errori di posa delle armature, in quanto concorrono nel far assumere importanti valori di tenacità al calcestruzzo e, nel contempo, aiutano a mitigare gli effetti del ritiro.

Il successo dell’applicazione di tale rinforzo nelle strutture in generale, in quelle snelle in particolare, dipende anche dalla elevata probabilità che la sollecitazione a trazione possa trovare il giusto contrasto in ogni direzione indipendentemente dalla corretta o meno posa delle armature e dalla presenza di copriferri minimi richiesti per l’aderenza delle barre. Inoltre, parlando di copriferro riferito alla durabilità, utilizzando un calcestruzzo fibrorinforzato con fibre in polipropilene, potrebbero essere la “corretta armatura” di importanti spessori di copriferro, progettati per far fronte all’attacco da cloruri marini o provenienti da agenti disgelanti o di carattere industriale.

Inoltre, anche per la resistenza agli urti, possono dare il loro contributo. Una migliore resistenza, agli urti,  può essere ottenuta utilizzando prodotti caratterizzati da un’alta duttilità quali, ad esempio, prodotti con inerti a base di ferro e ghisa, malte ad alta resistenza a flessotrazione, quali quelle a base di prodotti resinosi oppure incorporando nell’indurente delle fibre di rinforzo.

La prestazione strutturale delle opere realizzate con calcestruzzi duttili, dipende nel breve dalla tenacità del composito impiegato e, nel medio-lungo periodo, dagli effetti delle deformazioni lente e dallo scorrimento viscoso del composito stesso. Fra i fattori composizionali che influiscono il ritiro igrometrico e la stabilità dimensionale a regime è, quindi, importante valutare il “creep-strain” delle fibre da impiegare. Per questi motivi risulta facile pensare, e molti studi scientifici ed esempi applicativi lo dimostrano, che la sostituzione totale delle armature metalliche tradizionali può avvenire solo con fibre metalliche e l’impiego di fibre sintetiche preveda l’impiego congiunto di armature metalliche seppure ridimensionate in maniera anche generosa.

Attualmente si stanno presentando sul mercato italiano, altre fibre per i rinforzi strutturali, che provengono dalla lavorazione del basalto e dall’impiego di poliestere. Nel secondo caso è attualmente in fase di studio l’incapacità di tale materiale di resistere in ambiente alcalino. 

Nel primo caso, invece, a fronte di eccellenti risultati, attualmente non esiste la possibilità di certificare la fibra secondo le normative vigenti che non contemplano l’origine minerale del prodotto.

Inoltre, in un’ottica di economia circolare, l’impiego di fibre prodotte con materiali provenienti da riciclo è possibile anche limitare l’impatto ambientale dell’opera così realizzata.

Gli effetti delle fibre nel calcestruzzo

Il calcestruzzo possiede una scarsa tenacità ovvero una pessima attitudine a resistere in stato post-fessurato.

Con l’introduzione delle fibre strutturali si raggiungono valori di tenacità che dipendono dal quantitativo/volume di fibre, dalla prestazione del calcestruzzo che le ospita e dalla geometria delle stesse. Posto, infatti, che il collasso dei calcestruzzi fibrosi possa avvenire solo per sfilamento delle fibre (mai per rottura delle stesse) è fondamentale che le fibre siano conformate in maniera da opporsi allo sfilamento stesso. Per questo motivo le fibre metalliche appaiono piegate o sagomate in differenti maniere come pure le fibre sintetiche dotate di generoso diametro equivalente. La capacità delle fibre sintetiche più sottili non sagomate di opporsi allo sfilamento (e contribuire a generare un composito tenace), può essere  invece correlato al rapporto d’aspetto e alla numerosità delle fibre stesse. 

Al fine di valutare la corretta lunghezza delle fibre strutturali è bene relazionarla con il diametro massimo dell’aggregato in modo che sia intorno al doppio di tale valore.

Per contro l’aumento della numerosità delle fibre a parità di volume, impone una seria attenzione nei confronti della lavorabilità del calcestruzzo influenzata dalla superficie specifica delle fibre introdotte. Quindi, la progettazione della miscela deve essere fatta considerando già la presenza delle fibre, poiché, per esigenze di messa in opera, interessa la consistenza del “calcestruzzo fibrorinforzato” nel suo complesso  e non la lavorabilità di un calcestruzzo normale a cui vengono aggiunte le fibre, che chiaramente, “soffrirà” in termini di lavorabilità, poiché gli vengono inseriti degli elementi non previsti e che alterano  il proporzionamento iniziale degli ingredienti.

Il calcestruzzo dovrà poi essere formulato in maniera da possedere una importante attività “adesiva” nei confronti delle fibre al fine di generare un sistema adatto allo scopo. Per questo motivo, a parità di prestazione meccanica, è preferibile che il calcestruzzo abbia un adeguato volume di pasta che tenga conto anche del volume di fibre introdotto. A tale scopo, partendo da una considerazione di tutt’altra applicazione, il minimo volume di pasta suggerito può essere considerato in 350 litri/m3 più il necessario ad ospitare le fibre previste. Al fine di rendere più adesiva la pasta stessa può essere utile l’impiego cementi finemente macinati e la combinazione con materiali cementizi secondari molto finemente macinati. La pasta dovrà inoltre presentare bassi valori di aria allo stato fresco e una adeguata viscosità.

Tutti questi accorgimenti sono utili al raggiungimento delle prestazioni di tenacità richieste e al contrasto all’affioramento delle fibre sulla superficie.

Quando il volume di pasta è scarso, il rapporto a/c è elevato e le operazioni di frattazzatura sono svolte con acqua aggiunta, la probabilità di affioramento aumenta e, agli effetti deleteri sulla pavimentazione in termini di resistenza in opera e durabilità, si aggiungono anche gli effetti, poco gradevoli, di un abbondante affioramento superficiale di fibre.

Una elevata presenza di fibre in superficie può quindi essere ricondotta a un rapporto a/c elevato penalizzato dall’acqua di essudazione e/o spiacevoli aggiunte d’acqua in cantiere e/o dall’acqua erroneamente impiegata per le operazioni di frattazzatura.

L’assenza di fibre, anche se non è possibile eliminarle del tutto,  conferma un corretto volume di pasta del calcestruzzo, un corretto rapporto a/c e corrette operazioni di frattazzatura realizzate senza acqua aggiunta. Il fatto dell’impossibilità dell’eliminazione totale del “fenomeno naturale dell’affioramento superficiale”, ci costringe ad evolvere, in ottica futura, verso lo studio di un accurato metodo di misurazione del fenomeno, con lo sviluppo di procedure di accettazione oggettive  che si staccano dal giudizio soggettivo dei singoli individui che partecipano alla progettazione, realizzazione e al controllo delle opere.

Numero di fibre in superficie – Generalità

Nelle pavimentazioni di calcestruzzo, generalmente, il vizio correlato al naturale fenomeno dell’affioramento delle fibre è maggiormente estetico più che prestazionale. Le caratteristiche di fruibilità ed estetiche della superficie dei pavimenti sono parametri progettuali che devono essere preliminarmente valutati.

Laddove la presenza di fibre dovesse influenzare negativamente la fruibilità, le prestazioni di utilizzo o l’estetica, esse non si devono impiegare.

Relativamente alla presenza di fibre in superficie si distinguono due possibilità:

  • visibili, ma perfettamente adagiate ed ancorate nella superficie;
  • visibili e parzialmente esposte (caso maggiormente riscontrabile con fibre polimeriche).

Ai fini di una procedura di accettazione i due casi sono, eventualmente, da considerare senza distinzione.

L’accettazione di un determinato numero di fibre in superficie si può confondere con l’accettazione di situazioni superficiali non congrue con l’aspettativa prestazionale progettuale. Può succedere, infatti, che alcune tipologie di fibre polimeriche (di generoso diametro) si arriccino in finitura ruotando intorno al proprio asse provocando una discontinuità che ricorda la forma di un carciofo rimanendo poi parzialmente esposte oppure che, in altre situazioni, le fibre si stacchino completamente lasciando una impronta in negativo a “fossile”.  Per questi motivi non tutte le fibre strutturali risultano adatte per le pavimentazioni lisciate e sul mercato esistono prodotti maggiormente dedicati in grado di minimizzare le problematiche poste in evidenza. 

La presenza di fibre nel calcestruzzo autorizza, quindi, ad accettarne la presenza in superficie al termine delle operazioni di lisciatura tuttavia in generale assenza di discontinuità della tessitura superficiale.

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Foto 1 – Presenza di fibre di polipropilene in superficie

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Foto 2 – Presenza di fibre di polipropilene in superficie

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Foto 3 – Presenza di fibre metalliche e in superficie

Numero di fibre in superficie – Panorama nazionale

Nel panorama normativo nazionale, non esiste un vero e proprio metodo di “verifica oggettiva e accettazione” della presenza di fibre in superficie, per pavimentazioni di calcestruzzo. Le “Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo delle pavimentazioni di calcestruzzo – CNR-DT 211/2014” paragrafo “4.2 Calcestruzzo fibrorinforzato (…) La composizione della miscela e il trattamento superficiale della pavimentazione in calcestruzzo fibrorinforzato dovranno garantire una finitura omogenea in modo da limitare affioramenti di fibre. (…)”, hanno introdotto il concetto di limitare l’affioramento, ma non era possibile, ai tempi dello studio del “Gruppo di lavoro”, introdurre una metodologia affidabile e consolidata di misurazione e accettazione del fenomeno oggetto di questo approfondimento.

Per quanto riguarda la contrattualistica, uno dei primi contratti privati italiani, se non addirittura il primo in assoluto, in cui compaiono degli accenni “qualitativi” di accettazione delle fibre in superficie per le pavimentazioni di calcestruzzo è della Società “Alaska Concrete S.r.l – Porcia (PN)” (autori: R. Spaziani, G.P. Martin, G. Pagazzi),  all’art 2. Oneri e obblighi a carico del Committente”, comma w), veniva riportato quanto segue: “Qualora si utilizzi un calcestruzzo fibrorinforzato con fibre di qualsiasi natura, è normale che alcune fibre siano presenti in superficie; tale presenza non è da considerarsi un difetto ma è una caratteristica intrinseca del calcestruzzo fibrorinforzato;” e risale ai primi mesi del 2012.

Numero di fibre in superficie – Panorama internazionale

Per quanto riguarda il panorama internazionale, un buon documento con relative metodologie di misura e accettazione esiste in Belgio. Secondo la “Belgian Standard Technische Voorlichting 204” la presenza di fibre metalliche può essere catalogata ai fini di una procedura di accettazione.
Secondo questo documento, per esempio, un buon risultato per una pavimentazione senza spolvero è: “ … sotto le sei fibre visibili per metro quadrato di superficie della pavimentazione … “. Oltre a specificarne i limiti numerici, la “Belgian Standard TV204” spiega come devono essere contate le fibre. 

Per prima cosa, l’attenzione non deve essere posta sulla porzione di pavimentazione “peggiore” ma va analizzata nella globalità, come ovvio nei panorami internazionali per analisi critiche tecniche, e come è di difficile comprensione per Committenti, Tecnici generici e Imprese di costruzione italiani, per mancanza di cultura e conoscenza in settori che dovrebbero essere campo d’azione di soli specialisti della materia.

Non si guardi solo “il metro quadrato nella parte peggiore della pavimentazione” ma, devono essere seguiti i seguenti passaggi: 

  1. Disporre diversi quadrati, di “10 metri per 10 metri”, sulla superficie del pavimento. Se la superficie del pavimento è inferiore a 10.000 m2, disponi (almeno) cinque di questi quadrati; se la superficie è pari o superiore a 10.000 m2, disponi (almeno) dieci quadrati. 
  2. All'interno di ogni quadrato, disponi cinque quadrati più piccoli, ciascuno di “1 metro per 1 metro”, scelti in modalità casuale. A seconda della dimensione complessiva del pavimento, ti ritroverai con 25, < 10.000 m2,  o 50, > 10.000 m2, quadrati “1 m x 1 m”. 
  3. Contare le fibre visibili in ogni piccolo quadrato di “1 m x1 m”. 
  4. Eseguire la media aritmetica tra quanto contato al punto 3 e il numero di “quadrati 1 m x 1 m” e confrontare il risultato con quanto riportato, per le fibre metalliche, nella “Tabella 1” .

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