Il ritiro nelle pavimentazioni in calcestruzzo: quali le opportunità dei nuovi materiali?

Introduzione

I pavimenti in calcestruzzo rappresentano un importante settore delle costruzioni nel nostro paese. Nonostante il loro uso diffuso negli edifici commerciali e produttivi, una gran parte di questi pavimenti, per vari motivi, non soddisfa i requisiti richiesti dalla committenza in termini di funzionalità e durabilità nel tempo.Fra le varie cause, la fessurazione e l’incurvamento (curling) dovuti al ritiro rappresentano un aspetto da tenere in considerazione nella progettazione e nell’esecuzione dei pavimenti in calcestruzzo (Figura 1a-b). La fessurazione (Figura 2b) è dovuta principalmente al ritiro del calcestruzzo in presenza di vincoli interni(come le armature di rinforzo) o vincoli esterni(come l’attrito con il sottofondo o la presenza di altri elementi strutturali). Il curling (Figura 2c) è dovuto al fatto che il ritiro è generalmente più elevato sulla superficie esposta all'ambiente esterno e minore su quella a contatto con il sottofondo. La presenza di questa differenza di deformazione, nello spessore della pavimentazione, determina il sollevamento del pavimento sul suo perimetro con un maggiore arricciamento degli angoli.
Lo studio approfondito di questi fenomeni è spesso trascurato nella progettazione di un pavimento, non solo a causa della maggiore importanza data ad aspetti quali la resistenza e alla lavorabilità del calcestruzzo, ma anche per la complessità dei fenomeni legati al ritiro vincolato. Infatti, la fessurazione da ritiro vincolato può essere considerata il risultato di un complesso processo che dipende sia dalle proprietà fisico-meccaniche del materiale (ritiro, modulo elastico, resistenza alla trazione e viscosità del calcestruzzo) sia dalle condizioni circostanti alla pavimentazione (condizioni ambientali e condizioni di vincolo). Spesso, infatti, si preferisce adottare misure precauzionali appropriate, come ad esempio la progettazione di giunti di contrazione che permettono la fessurazione del calcestruzzo in condizioni controllate (Figura 3), piuttosto che adottare un approccio analitico al problema. Tuttavia, la presenza di questi giunti può aumentare il costo di costruzione e quello di manutenzione nel corso degli anni.

 
       (a)                                                        (b)
Figura 1: Fessurazione nelle pavimentazioni industriali (a) e rottura dell’angolo sollevatosi per curling (b).

 
Figura 2: Le pavimentazioni in calcestruzzo: ritiro libero (a), fessurazione da ritiro vincolato (b) e curling (c).

Figura 3: Fessurazione in condizioni controllate in corrispondenza dei giunti di contrazione.

Per questi motivi e per la crescente richiesta di pavimentazioni industriali senza di giunti di contrazione (joint-less), la sensibilità nei confronti delle tematiche afferenti al ritiro ed alle conseguenze ad esso correlate ha portato sul mercato nuovi materiali come il calcestruzzo fibrorinforzato (FRC) o il calcestruzzo a ritiro controllato.

Il calcestruzzo fibrorinforzato (FRC)
Dopo diversi decenni di studi e ricerche, il FRC è ormai divenuto un materiale da costruzione, grazie alla sua notevole capacità di contrastare il processo di fessurazione.Quest’ultimo è un materiale composito con matrice cementizia(calcestruzzo o malta) additivata con fibre di varia geometria realizzate con materiali diversi. Infatti, l’aggiunta delle fibre conferisce al calcestruzzo, dopo la microfessurazione, una significativa resistenza residua a trazione (denominata nel seguito tenacità; Figura 4);quest’ultima dipende da molteplici fattori, tra i quali il rapporto di aspetto (ovvero il rapporto lunghezza/diametro equivalente della fibra), la percentuale volumetrica e le caratteristiche fisico-meccaniche delle fibre, in aggiunta alle caratteristiche della matrice.

 
Figura 4: Confronto tra la resistenza post-fessurazione di un calcestruzzo ordinario e fibrorinforzato.

Le conoscenze sulle potenziali applicazioni strutturali del FRC si sono progressivamente diffuse negli ultimi anni in tutto il mondo, facendo sorgere la necessità di disporre di Linee Guida o Istruzioni tecniche in grado di orientare e disciplinare l’impiego strutturale di tali materiali. Dopo la pubblicazione di alcune linee guida sulla progettazione di elementi strutturali in FRC (RILEM [1, 2 ], CNR DT 204 [3]), il Model Code 2010 (Codice Modello) del fib[4, 5] ha recentemente introdotto il FRC tra i materiali da costruzione, fornendo indicazioni per la sua classificazione, in aggiunta alle principali regole di progettazione. Tale documento ha favorito lo sviluppo di normative in diversi paesi del mondo, incluse l’Eurocodice 2 [6] e la Normativa Tecnica delle Costruzioni italiana [7].
L’importante novità introdotta dal Codice Modello del fibriguarda la classificazionedel materiale in base alle prestazioni del composito, come succede ormai da anni per i materiali strutturali. Nel caso specifico, per la caratteristica peculiare del FRC, cioè la tenacità, si basa sulla resistenza residua che il materiale è in grado di offrire durante una prova di flessione su una travetta intagliata, in accordo con la norma UNI EN 14651 [8].Il problema non è quindi quale tipo o il quantitativo di fibra utilizzare, ma è quello di determinare le prestazioni del composito.Ciò rende indipendente la caratteristica prestazionale dal tipo e dosaggio di fibra, in quanto la prestazione è richiesta è una caratteristica specifica del composito, e facilita l’utilizzo del materiale da parte dei Progettisti. Infatti, un materiale per impieghi strutturali può essere preso in considerazione da un Progettista se può essere prescritto in forma prestazionale al Costruttore che dovrà poi garantirla sotto la sorveglianza della Direzione Lavori. Ciò non è possibile quando ci si limita a prescrivere il solo dosaggio di fibra, in quanto questo non rappresenta alcuna garanzia sul raggiungimento delle prestazioni del materiale in fase di calcolo, e in quanto queste non dipendono solo dalla fibra ma anche dalla matrice cementizia.
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Nella seconda parte dell'articolo
Il calcestruzzo a ritiro controllato
Conclusioni
Referenze bibliografiche

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