Calcestruzzi ibridi fibrorinforzati

Il calcestruzzo fibrorinforzato sta suscitando un interesse crescente nelle applicazioni strutturali: le crescenti esigenze di resistenza e durabilità di molte costruzioni ed infrastrutture hanno trovato risposta nello sviluppo di conglomerati cementizi fortemente innovativi ed adatti a lavorare in condizioni ambientali difficili o addirittura estreme. L’FRC (Fiber Reinforced Concrete) è un materiale composito caratterizzato da una matrice cementizia con delle fibre discontinue di un agente rinforzante ad alto modulo uniformemente distribuite al suo interno e viene utilizzato diffusamente in tutte quelle costruzioni dove si vuole limitare la fessurazione della matrice cementizia.

Il calcestruzzo è un materiale antico: la sua origine risale alle architetture romane e costituisce uno dei materiali da costruzione più utilizzato nel mondo edilizio. Il concetto di inserire un rinforzo fibroso all’interno di un materiale per migliorarne le prestazioni risale agli egizi che utilizzavano crini di animali all’interno delle murature. Gli FRCs sono calcestruzzi innovativi sviluppatisi intorno agli anni sessanta e le costruzioni realizzate con questi materiali si sono progressivamente diffuse negli ultimi anni in tutto il mondo.

LE FIBRE
L’impiego di fibre ha lo scopo di migliorare il livello prestazionale del calcestruzzo, dato che, formando all’interno della massa un reticolo diffuso omogeneamente distribuito, costituiscono un rinforzo “strutturale” tridimensionale. Le fibre fungono da elemento resistente con azione di cucitura tra i lembi delle fessure, conferendo, a seconda della natura delle stesse, migliori caratteristiche in termini di resistenza alla trazione e/o alla flessione, di resistenza agli urti e di aumento della duttilità, contribuendo in modo decisivo a contrastare le conseguenze indotte dal ritiro plastico ed igrometrico. Le fibre non hanno invece grande influenza sulla resistenza a compressione del composito. Le proprietà del composito dipendono dalle caratteristiche dei materiali componenti e dai loro dosaggi ed in particolare dalla geometria, dalla percentuale volumetrica e dalle caratteristiche meccaniche della fibra, dall’aderenza tra la fibra e la matrice di calcestruzzo, dalle caratteristiche meccaniche della matrice.
Esistono varie tipi di fibre che vengono utilizzate (da sole o in mix) in funzione del compito che devono assolvere. Le più utilizzate sono:
• sintetiche: polipropilene, polietilene, poliestere, nylon, carbonio, acriliche, aramidiche. In questo caso il calcestruzzo fibrorinforzato viene definito SNFRC (Synthetic Fiber Reinforced Concrete);
• metalliche: in questo caso di parla di calcestruzzo rinforzato con fibre di acciaio (Steel Fiber Reinforced Concrete o SFRC) e vengono utilizzate anche per il confezionamento di calcestruzzi ad alta resistenza;
vetrose: il calcestruzzo fibrorinforzato è noto come SFRC (Glass Fiber Reinforced Concrete) e viene utilizzato generalmente per la realizzazione di elementi piani sottili di tipo non strutturale;
• naturali: in questo caso si parla di NFRC (Natural Fiber Reinforced Concrete). Questi tipi di fibre sono poco utilizzate poiché devono subire diversi trattamenti prima di essere impiegate.

APPLICAZIONI
Proprio per la loro versatilità i calcestruzzi fibrorinforzati sono impiegati oggi in diversi ambiti. Tra le applicazioni più diffuse si hanno:
• le pavimentazioni, industriali e commerciali;
• la prefabbricazione (cabine, tubazioni, frangiflutti, plinti di fondazione a bicchiere, pannelli murari, pozzetti per acquedotti e fognature, silos, ecc.);
• il settore delle gallerie, sia nelle opere provvisionali (viene utilizzato nei calcestruzzi spruzzati) sia nei rivestimenti finali (conci prefabbricati per i rivestimenti di gallerie idrauliche, stradali, ferroviarie e metropolitane));
• la costruzione di dighe;
• il confezionamento di calcestruzzi refrattari, soggetti a forti stress termici;
• nelle malte a ritiro compensato.
Inoltre le fibre strutturali, soprattutto se impiegate ad alti dosaggi, consentono di eliminare in tutto o in parte l’armatura secondaria: l’uso del rinforzo fibroso è spesso economicamente conveniente rispetto all’armatura ordinaria per l’eliminazione dei tempi di posa e per la garanzia di avere un rinforzo anche in quei punti dove la rete elettrosaldata difficilmente può rimanere nella corretta posizione durante le operazioni di getto.

INNOVAZIONI SPERIMENTALI
Una straordinaria evoluzione del calcestruzzo addizionato con fibre di vetro si deve al giovane architetto ungherese Áron Loconczi che, partendo da una ricerca sulle fibre ottiche al Royal University College of Fine Arts di Stoccolma e con il supporto della Schott AG, ha prodotto dei blocchi in calcestruzzo che trasmettono la luce incidente: il risultato è un calcestruzzo traslucido in blocchi composti di materiale lapideo frantumato, fibre di vetro, cemento e acqua.

NORMATIVA
La progettazione con FRC non è espressamente normata nelle N.T.C., ma ad integrazione possono essere utilizzati i documenti tecnici del Consiglio Nazionale delle Ricerche. Ciò, al momento, è una delle cause per cui questi prodotti devono ancora essere recepiti in modo organico dai progettisti italiani.
I documenti tecnici del CNR costituiscono de facto il riferimento per la progettazione di rinforzi con materiali compositi:
• d.t. 200/2004 Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Interventi di Consolidamento Statico mediante l’utilizzo di compositi fibrorinforzati;
• d.t. 201/2005 Studi preliminari finalizzati alla redazione di Istruzioni per Interventi di Consolidamento Statico di Strutture Lignee mediante l’utilizzo di compositi fibrorinforzati;
• d.t. 202/2005 Studi preliminari finalizzati alla redazione di Istruzioni per Interventi di Consolidamento Statico di Strutture Metalliche mediante l’utilizzo di compositi fibrorinforzati;
• d.t. 203/2006 Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo di strutture di calcestruzzo armato con barre di materiale composito fibrorinforzato;
• d.t. 204/2006 Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo di strutture di calcestruzzo fibrorinforzato;
• d.t. 205/2007 Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture realizzate con profili pultrusi di materiale composito fibrorinforzato (FRP).

Articolo di Andrea Cantini e Massimiliano Bertoni

Per approfondimenti:
Cnr

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