Ripristino e rinforzo strutturale: il microcalcestruzzo fibrorinforzato ad elevate prestazioni Composite M130

I calcestruzzi fibrorinforzati sono la vera novità del recente D.M. 17/01/2018. Tra questi, i microcalcestruzzi fibrorinforzati ad elevate prestazioni (noti anche come HPFRC, High Performance Fiber Reinforced Concrete) che costituiscono una vera e propria innovazione nel settore dei materiali cementizi.

Principali riferimenti normativi per il calcestruzzo fibrorinforzato

Il D.M. 17 gennaio 2018 [1] definisce per la prima volta (par. 11.2.12) le procedure e le modalità di impiego dei calcestruzzi fibrorinforzati per applicazioni strutturali. In effetti tali materiali sono noti da tempo, essendo stati impiegati per anni nell’ambito di specifici settori delle Costruzioni, quali ad esempio la prefabbricazione o le pavimentazioni industriali. Tuttavia, le NTC [1] modificano radicalmente l’approccio a questo materiale, trasformandolo da “composizionale” a “prestazionale”.

Utilizzare oggi un calcestruzzo fibrorinforzato significa poter contare su specifiche prestazioni che dovranno essere prescritte dal Progettista, fornite dal Produttore e controllate dal Direttore dei Lavori. Ci si riferisce, in particolare, ad una prestazione che di fatto caratterizza questa tipologia di conglomerato, ovvero la Resistenza a trazione residua. Il termine “residua” indica che detta prestazione è fornita dal materiale dopo la fessurazione della matrice cementizia (Figura 1).

Figura 1 – A differenza di un calcestruzzo “ordinario”, quello fibrorinforzato è in grado di sostenere tensioni di trazione anche dopo la fessurazione della matrice cementizia.

In [1] è sottolineata in maniera chiara (par. 11.2.12) la necessità di caratterizzare preliminarmente tale prestazione, indicando come specifico riferimento procedurale la norma UNI EN 14651 e richiamando, nella Circolare NTC n.7 del 21.01.2019 , anche consolidate Documentazioni Tecniche quali la CNR-DT 204/2006 [3]. Infine, l’emanazione da parte del C.S.LL.PP. della “Linea guida per l’identificazione, la qualificazione, la certificazione di valutazione tecnica ed il controllo di accettazione dei calcestruzzi fibrorinforzati FRC (Fiber Reinforced Concrete)” [4] consente ai Fornitori di calcestruzzo fibrorinforzato di “certificare” i propri materiali richiedendo lo specifico CVT (Certificazione di Valutazione Tecnica), indispensabile per poterli utilizzare in applicazioni strutturali ([1], paragrafo 11.1 – Caso B).

Microcalcestruzzi fibrorinforzati nel ripristino e rinforzo strutturale

I microcalcestruzzi fibrorinforzati ad elevate prestazioni, tipo COMPOSITE M130 di General Admixtures, noti con l’acronimo HPFRC (High Performance Fiber Reinforced Concrete), rappresentano una evoluzione tecnologica dei tradizionali conglomerati additivati con fibre e rappresentano oggi uno dei materiali cementizi più all’avanguardia disponibili sul Mercato.

Negli ultimi anni l’attenzione verso le strutture esistenti è aumentata in maniera esponenziale, alla luce della ormai improcrastinabile necessità di adeguarle agli standard normativi attuali. Le peculiari caratteristiche (reologiche, meccaniche e di durabilità) dell’HPFRC lo rendono particolarmente adatto alla realizzazione di interventi di riabilitazione strutturale, dai semplici interventi locali ai più complessi interventi di miglioramento/adeguamento sismico (paragrafo 8.4 di [1]).

Decennali esperienze sperimentali hanno dimostrato come questo tipo di materiale possa essere utilmente impiegato, in forma di applicazioni corticali di basso spessore, per il ripristino ed il rafforzamento di elementi strutturali quali pilastri, travi, nodi, solai.

Dal punto di vista reologico, il Prodotto si presenta estremamente “sottile”, nel senso che gli aggregati che lo compongono sono di piccolo diametro (d_max≈2 mm), e con una elevata lavorabilità (Figure 2 e 3).

                                                    Figura 2                                                                     Figura 3

Tale reologia permette di realizzare sia interventi su superfici orizzontali, come ad esempio il rinforzo estradossale di solai o solette in genere, che getti entro cassero, come ad esempio il rinforzo di pilastri, travi e nodi.

Lo spessore applicativo, generalmente compreso tra i 20 mm ed i 50 mm, è perfettamente coerente con le diverse caratteristiche del materiale:

• Aggregati di ridotte dimensioni (compatibilità aggregato/spessore minimo del getto);
• Elevata fluidità (elevato grado di compattazione con una limitata compattazione);
• Elevate resistenze (130 MPa a compressione a 28 giorni): ottimizzazione delle sezioni resistenti;
• Ridottissima porosità: durabilità strutturale nei riguardi di tutti gli agenti aggressivi.

La possibilità di chiamare il materiale a “lavorare” a trazione, consente poi di ottimizzare il contenuto e la tipologia delle eventuali armature integrative: barre longitudinali di ridotto diametro e riduzione del numero (e diametro) delle staffe, in coerenza con il ridotto spessore applicativo.      

Nel Prospetto 1 si propone uno schema dei principali tipi di intervento e relativi benefici realizzabili attraverso l’impiego di un microcalcestruzzo HPFRC come il COMPOSITE M130 nel rinforzo a basso spessore delle strutture in c.a.

Prospetto 1 – Possibili impieghi del microcalcestruzzo fibrorinforzato COMPOSITE M130 nel ripristino/rinforzo strutturale di strutture in c.a.

Figura 4

Le applicazioni ora riassunte sono quelle tipiche per strutture che potremmo definire “ordinarie”, ovvero le strutture intelaiate in c.a. relative ad opere più o meno grandi. Tuttavia, il materiale in questione si candida ad essere un vero protagonista anche nell’ambito dei rinforzi di strutture, o meglio, di infrastrutture di importanza strategica: ponti e viadotti.

È ben noto come la questione della valutazione della sicurezza dei ponti italiani sia un argomento di grande attualità, soprattutto a causa di recenti eventi drammatici che hanno visto il crollo di importanti strutture. Ed è proprio in tale ambito che le peculiarità di un materiale come il COMPOSITE M130 possono trovare innumerevoli applicazioni. In Figura 5 uno schema qualitativo che ben rappresenta le potenzialità di questo Prodotto nella manutenzione ordinaria e straordinaria di ponti e viadotti.

Figura 5 – Microcalcestruzzo fibrorinforzato COMPOSITE M130 nel ripristino e rinforzo di ponti.

La possibilità di ottimizzare lo spessore delle camicie corticali consente di rinforzare pile, pulvini e travi limitando notevolmente l’incremento delle masse e favorendo nel contempo una eccezionale protezione nei confronti dell’aggressione ambientale.

Le pile potranno beneficiare, in particolare, di un rilevante incremento di resistenza a pressoflessione e taglio, nonché un importante aumento di duttilità. Pulvini e travi potranno godere di rilevanti incrementi di resistenza a taglio, spesso trovata carente in diverse strutture. Interessanti applicazioni a carico dei baggioli, elementi estremamente sollecitati da carichi puntuali di compressione e soggetti spesso a elevata aggressione ambientale in caso di cattiva regolamentazione delle acque piovane (infiltrazioni attraverso i giunti).

Anche il rispristino delle solette potrà essere realizzato con un materiale che, alla luce del rilevante contenuto di fibre metalliche, presenta al suo interno una sorta di armatura diffusa indispensabile per i compiti cui la soletta è generalmente chiamata a rispondere.

Non meno interessanti sono le applicazioni che potremmo definire “non strutturali” come quelle legate alla sostituzione dei giunti (si ricorda che il conglomerato adiacente ai giunti è sottoposto a sollecitazioni cicliche piuttosto severe), rifacimento dei cordoli (spesso fortemente degradati da cicli di gelo/disgelo che compromettono la perfetta tenuta delle barriere stradali) e la realizzazione di barriere di sicurezza (guard-rail) più resistenti e leggere di quelle tradizionalmente realizzate in calcestruzzo.

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L'articolo prosegue con un analisi delle principali caratteristiche composizionali e prestazionali del materiale, nonché gli approcci di calcolo e i software che possono essere utilizzati come l'applicativo software STRUCTURE.4R, scaricabile gratuitamente dal sito di GA - General Admixtures.

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