Pavimentazioni industriali in calcestruzzo a basso spessore

In questo articolo vengono presentati alcuni esempi di pavimentazioni in calcestruzzo a basso spessore progettate ed eseguite in Argentina. Il caso più comune è quello dei parcheggi per veicoli, a basso carico e sollecitazione, che transitano su lastre di calcestruzzo posate su massicciata. 

Vengono inoltre presentati casi di pavimentazioni in calcestruzzo a basso spessore eseguite su solette di fondazione e su pavimentazione in asfalto preesistenti. Vengono spiegati i parametri di realizzazione, la tecnologia utilizzata e alcuni dettagli costruttivi.


Lo spessore è un parametro fondamentale in una pavimentazione in calcestruzzo

Il principale fattore che determina la capacità di carico di una lastra in calcestruzzo posata su massicciata è lo spessore, parametro fondamentale nella progettazione di una pavimentazione perché, tra l'altro, definisce la quantità di calcestruzzo da utilizzare, ovvero una buona parte del costo del lavoro. 

Pertanto, è molto importante il suo corretto dimensionamento

Nella progettazione delle pavimentazioni in calcestruzzo, la resistenza a flessione del calcestruzzo e il valore delle caratteristiche del supporto della base di appoggio (Md, K) sono importanti, ma sono fattori minori rispetto all’influenza dello spessore della lastra.

Le lastre di calcestruzzo a basso spessore poggianti su massicciata o su terreno possono essere realizzate solo in aree che sopportano carichi leggeri

In altri casi vengono realizzati progetti industriali in cui le lastre sottili vengono realizzate sopra altre lastre di calcestruzzo (o altri materiali) preesistenti.

La maggior parte delle pavimentazioni industriali e commerciali viene eseguita su un supporto (massicciata) preventivamente preparato e, quindi, il suo corretto livellamento è determinante per ottenere una adeguata uniformità nello spessore, fondamentale nel caso di lastre molto sottili. 

Nelle lastre sottili, inoltre, è molto difficile posizionare correttamente eventuali barre d'armatura e barre o piastre di collegamento necessarie per ottenere il corretto trasferimento dei carichi tra le lastre attigue. 

Di conseguenza, la scelta della migliore tecnologia da utilizzare e i dettagli progettuali sono di fondamentale importanza per il comportamento in esercizio di queste pavimentazioni sottili. 

Di seguito si riportano alcuni esempi di lastre sottili che illustrano le particolari caratteristiche della progettazione e della relativa esecuzione.

 

Esempi di pavimentazioni industriali in calcestruzzo a basso spessore

Pavimento industriale di 12 cm di spessore

Trattasi del parcheggio di auto e camion per i clienti di un grande centro commerciale con una superficie di circa 6.000 mq realizzato con lastre di calcestruzzo posate su massicciata. 

I carichi e le relative sollecitazioni sono contenuti (peso massimo del veicolo = 6.500 kg) e il calcolo strutturale è verificato per uno spessore di 10 cm, se si considera un coefficiente di sottofondo k = 0,06 N/mm3 (modulo Winkler) e un calcestruzzo con resistenza a flessione di 4.4 Mpa. 

Si è però deciso di eseguire una pavimentazione con uno spessore di 12 cm tenendo conto delle considerazioni sotto riportate:

Uniformità del sottofondo

Le possibili difformità di livello del sottofondo generano variazioni nello spessore delle lastre in calcestruzzo con due conseguenze: differenze di capacità di carico tra una zona e un’altra della pavimentazione e la formazione di vincoli e variazioni dimensionali delle lastre causate dal ritiro dovuto all'essiccamento e dalle variazioni termiche. 

Il TR34 della Concrete Society indica che il livello di tolleranza della massicciata di base deve essere compreso tra +0 e -25 mm rispetto al livello stabilito progettualmente per lo spessore della lastra e che, in nessun caso, un livello della massicciata viene accettato con valore maggiore di zero (positivo), perché in tale eventualità la lastra di calcestruzzo risulterebbe più sottile di quanto previsto progettualmente. 

In questo modo, se si progetta una pavimentazione di 10 cm di spessore, il livello medio potrebbe essere di 12,5 cm. 

Un recente articolo di Tipping ed altri suggerisce, come risultato di studi statistici, che è più realistico stabilire una tolleranza di ± 25 mm rispetto al livello di progetto. 

La nostra esperienza in Argentina concorda sul fatto che quest'ultimo valore è possibile da raggiungere ed è ragionevole precisarlo. La verifica dei livelli avviene su una griglia di 5 m x 5 m. In questo caso, se lo spessore medio indicato è di 12,5 cm, si potrebbero avere settori della pavimentazione di 10 cm di spessore ed altri di 15 cm di spessore senza compromessi strutturali o forte limitazione delle variazioni dimensionali.

Distanza tra i giunti

La distanza tipica tra i giunti di contrazione e/o di costruzione quando si utilizza calcestruzzo semplice, o con armature per il controllo della fessurazione, dipende dallo spessore della lastra e dal ritiro per essicazione del calcestruzzo. Per uno spessore di 12 cm e calcestruzzo a medio valore di ritiro, la distanza massima consigliata è di 4 m. L'orditura dipende anche dallo spessore delle lastre e l'applicazione di questi criteri di spaziatura dei giunti determina statisticamente lastre con meno deformazioni e una diminuzione del numero possibile di crepe.

Nel progetto che ci riguarda, al fine di aumentare la spaziatura tra i giunti, sono state progettate lastre con dimensioni tipiche di 5 m x 6 m utilizzando calcestruzzo armato con macrofibre sintetiche di un copolimero polipropilenico con le seguenti proprietà: 

  • Rottura a trazione = 0, 45GPA; 
  • Modulo di elasticità: 8,17 Gpa; 
  • Allungamento: 6 - 8%;
  • lunghezza di 50 mm e diametro equivalente: 0,6 mm. 

Con una dose di 3 kg/m3 di queste fibre si ottiene un valore di Re,3 = 25-30%, misurato secondo la norma ASTM C1609. 

L'incorporazione di fibre nel calcestruzzo attenua gli effetti del ritiro da essiccamento, riducendo il rischio di crepe e deformazioni. Per ridurre il coefficiente di attrito tra lastra e massicciata di base sono stati posizionati due fogli di polietilene da 100 micron ciascuno.

Variazioni dimensionali delle lastre

Se si tiene conto della distanza massima tipica tra i giunti di 6 m, le variazioni dimensionali subite dalle lastre sono:

  • Ritiro da essiccamento
    Se si considera che un valore medio del ritiro a secco del calcestruzzo utilizzato è 0,05%, (500 micron/metro) si scopre che una lastra lunga 6 m si ritira di 3 mm.

  • Variazione termica
    Nel luogo dove è stata eseguita la pavimentazione, in estate la temperatura della pavimentazione appena posata al sole può raggiungere i 40 ºC, in inverno la lastra di calcestruzzo indurito può scendere fino a 5 ºC. Vale a dire una variazione termica di 35 ºC.
    Tenuto conto di un coefficiente di dilatazione termica lineare del calcestruzzo di 9,9x10-6/°C, in inverno le lastre subiscono un'ulteriore contrazione di 2 mm in aggiunta al ritiro da essicamento.

  • Apertura dei giunti
    Secondo TR 34 della Concrete Society, nella progettazione dei giunti, si deve tenere conto dell'apertura prevista come conseguenza del ritiro dovuto all'essiccamento e all'effetto termico. In questo modo si ottiene in questo caso che l'apertura totale dei giunti è di 5 mm.

Trasferimento di carichi tra le lastre

Il trasferimento dei carichi tra le lastre per incastro tra gli aggregati dipende dallo spessore e dall'apertura dei giunti. Secondo la PCA, per verificare un trasferimento di carico del 60% tra lastre adiacenti di 18 cm di spessore, l'apertura delle fughe non deve superare 0,6 mm. 

Ciò significa che nel caso in esame è necessario posizionare dei perni (barrotti) per trasferire i carichi tra le lastre. Il dettaglio dei giunti di contrazione e costruzione è quello di Figura 1.

 

Pavimentazione in cls a basso spessore: Particolari dei giunti di costruzione e contrazione

Figura 1 - Particolari dei giunti di costruzione e contrazione.

 

A seconda della dose aggiunta, l'incorporazione di fibre nel calcestruzzo può migliorare la capacità di trasferimento del carico nei giunti di contrazione. 

Utilizzando il calcestruzzo fibrorinforzato (FRC) l'apertura del giunto viene di fatto ridotta, poiché il rinforzo in fibra continua attraverso la fessura formatasi sotto il giunto tagliato. 

Le fibre forniscono un livello di vincolo all'apertura che è funzione della resistenza residua alla trazione dell’FRC e, quindi, si verifica un aumento dell'efficienza di trasferimento del carico attraverso l'incastro tra gli aggregati, anche se, tuttavia, non ci sono a disposizione dati sufficienti  per quantificare il miglioramento che può essere realmente ottenuto. 

Il risultato pratico ha avuto successo.

 

Pavimentazioni industriali in calcestruzzo a basso spessore per piazzali esterni

Figura 2 – Realizzazione del parcheggio per i clienti.

 

Pavimento industriale di 7 cm di spessore

In alcuni progetti è necessario realizzare strati portanti per la circolazione dei veicoli su alcune lastre di fondazione già esistenti. Sono strati di pavimentazione di spessore generalmente molto basso. 

La nuova pavimentazione assolve solitamente alla duplice funzione di contribuire al miglioramento strutturale e di piano portante di finitura, e per questo la nuova lastra deve essere aderente alla soletta di base esistente per lavorare in maniera monolitica.

L'esempio presentato è un parcheggio di 3.500 m2 posto nel seminterrato di un edificio per uffici. È stata realizzata una pavimentazione di spessore 7 cm. 

Per assorbire le sollecitazioni di contrazione del calcestruzzo dovute al ritiro, viene solitamente posata nella lastra una rete di armatura in acciaio, ma nel caso di bassi spessori è difficile da posizionare correttamente (basti pensare anche solo alle sovrapposizioni). 

Per ovviare a questo problema è stato utilizzato un calcestruzzo con aggiunta delle stesse macrofibre sintetiche e lo stesso dosaggio dell'esempio precedente. 

Il nuovo strato di calcestruzzo fibrato è stato collegato alla lastra di fondazione preesistente mediante un ponte di aderenza a base di una dispersione di resine acriliche.

 

Pavimentazione cls su lastra preesistente di fondazione

Figura 3 – Pavimentazione su lastra preesistente di fondazione.

 

La superficie della lastra di base era uniformemente livellata, quindi anche lo spessore della pavimentazione aggiunta di 7 cm è risultato uniforme. 

L'incollaggio con il ponte d’aderenza applicato alla base impedisce il movimento della pavimentazione nel piano. 

Ovviamente nella parte superiore si verificano variazioni dimensionali e per controllare la formazione di fessure è stata adottata una distanza tipica dei giunti di 5 m.

 

Pavimento industriale di 5 cm di spessore

Una superficie deteriorata di una pavimentazione realizzata con asfalto a caldo (MAC) può essere ricondizionata con uno strato sottile e ben aderente di calcestruzzo fibrorinforzato. Questo sistema è noto come “whitetopping”. 

L'esempio di seguito illustrato è relativo alla riparazione della vecchia pavimentazione in asfalto di due stazioni di servizio (5300 m2).

La pavimentazione MAC aveva uno spessore di 15 cm e presentava un degrado solo superficiale senza evidenti alterazioni del terreno di appoggio. 

La circolazione di auto e camion all'interno della stazione di servizio è a basso traffico e a bassa velocità. Era inoltre necessario che la nuova superficie potesse resistere alla fuoriuscita di combustibili.

Sulla pavimentazione in asfalto è stato posato uno strato di spessore variabile tra 5,0 cm e 7,0 cm di calcestruzzo armato con macrofibre sintetiche (HRF) di buona qualità nella dose di 4 kg/m3.

Queste fibre sintetiche hanno un design particolare come mostrato in Figura 4 e le seguenti proprietà:

  • materiale: copolimero di polipropilene, 
  • forma: sistema monofilamento/fibra fibrillata, 
  • rottura a trazione = 570/ 660 Mpa, 
  • dlunghezza: 54 mm e 38 mm. 

Con una dose di 4 kg/m3 di queste fibre si ottiene un valore di Re,3 = 45-50%, misurato secondo la norma ASTM C1609. La resistenza alla flessione del calcestruzzo era di 4,4 Mpa.

Il sottile strato di FRC ha aderito fortemente alla pavimentazione MAC esistente per mezzo di un ponte di adesione a base di dispersione acrilica. 

Questo ciclo crea una sezione composita nuova che abbassa l'asse neutro in modo da ridurre significativamente le sollecitazioni legate al carico. 

La distanza tra i giunti di costruzione tagliati  deve essere limitata, 50 cm x 50 cm, in modo che le lastre di piccole dimensioni non sviluppino grandi momenti flettenti Figura 5. 

Inoltre, la duttilità del FRC consente maggiori deformazioni delle lastre.

 

Fibre per pavimentazioni in cls fibrorinforzato

Figura 4 – Forma della fibra utilizzata. A sinistra: monofili ritorti - Centro: fibre e rete reticolata - a destra: fasci di fibre circondati da maglie.

 

deformazione delle lastre in cls a seconda della distanza dei giunti

Figura 5 – Distanza tra i giunti: le lastre lunghe si piegano sotto carico (sinistra); le lastre corte si deformano verticalmente sotto il carico (destra).

 

I dettagli costruttivi erano i seguenti: 

  1. Ripristino preventivo delle aree gravemente deteriorate, chiusure di fori, rotture di spigoli, ecc., per fornire una portata uniforme;
  2. Pulizia della superficie con acqua ad alta pressione;
  3. Distribuzione del ponte acrilico di adesione;
  4. Posa della pavimentazione in calcestruzzo fibrato con lo spessore richiesto;
  5. Taglio dei giunti molto precocemente, da 3 a 6 ore dopo la posa del calcestruzzo, e con 5 cm di profondità;
  6. Stagionatura con acqua e teli di plastica. 

I giunti non sono stati sigillati. La figura 6 mostra la pavimentazione già in uso.

 

Pavimento in asfalto riparato con il sistema “whitetopping”

Figura 6 – Pavimento in asfalto riparato con il sistema “whitetopping”.

 

Aspetti da considerare nell'esecuzione di pavimentazioni a basso spessore

L'esecuzione di pavimentazioni a basso spessore richiede di tenere conto di aspetti particolari:

  • Se si utilizzano barre d'armatura per controllare la fessurazione, minore è lo spessore di una pavimentazione, minore è la tolleranza del suo corretto posizionamento e un’armatura mal posizionata genera più fessure nel calcestruzzo rispetto ad uno senza rinforzo.

  • Minore è lo spessore della pavimentazione, minore è l’ingranamento degli inerti e quindi minore il trasferimento di carichi tra le lastre. Per questo sono necessari i perni di collegamento (barrotti).

  • Se la pavimentazione viene eseguita su massicciata, è difficile garantire una variazione di spessore della lastra inferiore a ± 25 mm rispetto allo spessore di progetto.

  • Tenuto conto di quanto sopra, lo spessore di una pavimentazione in calcestruzzo per la circolazione dei veicoli eseguita su massicciata non deve essere inferiore a 12 cm.

  • Se la pavimentazione viene eseguita in aderenza ad una lasta di calcestruzzo preesistente (e di livello sufficientemente omogeneo), lo spessore minimo del nuovo getto deve essere di 7 cm, anche per poter utilizzare una dimensione massima dell’aggregato di 20 mm nella formulazione del calcestruzzo, al fine di controllare il valore del ritiro da essiccazione.

  • Gli FRC sono la migliore alternativa per sostituire le barre d'acciaio nel controllo delle fessure.

  • Negli FRC, se le fibre sono distribuite omogeneamente all'interno della massa di calcestruzzo, le proprietà meccaniche sono uniformi in tutte le lastre e su tutto lo spessore delle stesse. Le fibre eliminano il rischio di errato posizionamento delle barre d'acciaio d’armatura.

  • Quando una nuova pavimentazione in calcestruzzo viene eseguita aderente ad una pavimentazione in asfalto, lo spessore del nuovo getto è variabile ed è in funzione del livello di degrado della superficie (grado di irregolarità, profondità del degrado, profilo di rugosità). In questo caso, l'FRC viene utilizzato anche per sfruttare la sua capacità di controllare il cracking e la sua intrinseca duttilità.

Traduzione in lingua italiana a cura di Gian Luigi Pirovano.


In allegato è disponibile il pdf dell'articolo, sia in lingua originale (spagnolo) che la sua traduzione in lingua italiana.